等径角轧制—单道次弯曲变形AZ31镁合金板材组织与力学性能研究

发布时间：2020-08-04 15:52

【摘要】：镁合金作为地球上最轻的金属材料,比强度、比刚度都比较高,导热导电性好、易于加工成形和容易回收等优点,被称为“21世纪最具有发展潜力的绿色工程材料”。在越来越多的领域扮演着重要角色,尤其在汽车行业、航空航天和国防军事领域等至关重要。但是由于镁自身晶体结构的特点,以及在室温下形成较强的基面织构,室温下塑性成形性能成为了限制镁合金发展的一个重要因素。针对镁合金较差的塑性成形性能,从晶粒取向控制出发,以提高镁合金板材塑性成形能力为目标,本文率先提出等径角轧制-单道次弯曲变形工艺(简称ECAR-B工艺)。利用轧辊与板材之间产生的摩擦力,使得镁合金板材能够顺利通过模具。基于有限元模拟与实验,系统分析在不同模具结构条件下ECAR-B镁合金板材的变形行为;不同工艺参数下对ECAR-B镁合金板材的微观组织、晶粒取向的影响;旨在探究镁合金板材塑性成形差的根本因素并优化模具结构,制备性能良好的镁合金板材;探究镁合金板材等径角轧制-单道次弯曲变形过程中微观组织、力学与成形性能、织构演变规律;阐明微观组织、织构特征与成形性能之间的内在联系。主要研究内容如下:(1)不同模具结构下的ECAR-B镁合金板材的变形行为有限元模拟表明,随着内侧倒角半径、通道间隙的增加,板材在转角处的剪切作用逐渐减弱,同时镁合金板材在转角的变形行为也发生改变,由剪切变形+弯曲变形逐渐演变为两次弯曲变形。最终优化后模具结构:内侧倒角半径r_1=2mm,弯曲半径r_2=6mm,模具通道间隙H=1.48mm。(2)不同工艺参数下ECAR-B镁合金板材微观组织与晶粒取向分析通过对温度、终轧速度、通道间隙、压下量等工艺参数实验研究发现:随着速度的增加,镁合金板材表面质量良好,晶粒组织更加均匀,晶粒细化效果显著,晶粒取向由强烈的基面晶粒取向{0001}演变为{10-10}非基面晶粒取向;随着温度的升高,镁合金板材内部晶粒尺寸有所长大,孪生体积分数明显增加,非基面滑移激活,晶粒取向由基面晶粒取向转变为非基面晶粒取向;随着压下量的增加,镁合金板材形变量增加,在大应变条件下,孪生体积分数明显增多。晶粒取向发生转变,由小压下量的非基面晶粒取向{10-10}占主导逐渐演变为大压下量的基面晶粒取向{0001}占主导;随着通道间隙的增加,晶粒尺寸有所增加,孪晶的体积分数明显降低,晶粒取向也发生明显改变,由非基面晶粒取向逐渐演变为基面晶粒取向。(3)对等径角轧制-单道次弯曲变形工艺参数进行优化,根据有限元分析与实验研究结合,其优化后的工艺如下:终轧压下量是5%,通道间隙1.48mm,板材温度550℃,终轧速度0.4m/s。(4)对普通轧制变形、剪切变形、ECAR-B板材微观组织、织构演变进行了对比分析。研究发现对普通轧制变形的镁合金板材晶粒粗大,动态再结晶比较少,少量孪晶在局部出现,板材表现为典型的基面织构特征;当板材经过剪切变形时孪晶数量、体积分数明显增加,有明显动态再结晶,并且晶粒向RD方向偏转一定角度,镁合金板材的基面织构强度减弱;ECAR-B板材晶粒尺寸变小,再结晶数量在局部晶界处和孪晶界处有所增加,基面织构强度进一步显著减弱,并逐渐形成柱面织构特征。退火后,除普通轧制板材织构类型无明显变化,经过剪切变形、ECAR-B镁合金板材的织构发生了显著改变,最终在ECAR-B板材中形成了一种沿着RD偏转45°的双峰分离的非基面织构。(5)通过杯突实验对普通轧制变形、ECAR-B板材室温成形性能进行了研究,研究表明普通轧制变形板材其杯突值仅为5.2mm,而对于ECAR-B板材其杯突值可达7.78mm。
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG335;TG146.22

【参考文献】