搅拌摩擦加工Mg-9Li-1Zn系双相镁锂合金组织特征及力学性能研究
发布时间：2021-01-11 09:57
双相镁锂合金兼顾了a-Mg（HCP）和b-Li（BCC）两相的优异性能,相比普通镁合金,塑性更佳,在航空、军事、民用等领域有广泛的应用前景,但双相镁锂合金强度较低,在工业应用中受到一定限制。搅拌摩擦加工（FSP）技术是一种新型的剧烈塑性变形技术,可对已成型工件进行表面细晶处理。本课题以轧制态双相镁锂合金为研究对象,分别在空气、底部水冷、水下三种条件下进行搅拌摩擦加工,研究加工工艺参数对材料组织、织构及力学性能的影响。此外,本课题还研究了后续退火处理对常规搅拌摩擦加工试样微观组织及力学性能的影响,为搅拌摩擦加工制备细晶双相镁锂合金提供理论依据。实验选取不同的加工工艺参数对LZ91镁锂合金进行常规搅拌摩擦加工（NFSP）,探索常规搅拌摩擦加工双相镁锂合金的可行性,研究不同加工工艺参数对合金成型性的影响。研究结果表明,LZ91合金对热积累敏感,成形温度区间窄,热塑性状态材料粘性大,无冷却介质条件下制备出的镁锂合金均出现不同程度的缺陷,材料成型性较差,并且在空气中镁锂合金易被氧化。对LZ91镁锂合金板材进行强制冷却,有助于均匀板材温度。在底部水冷的条件下,研究旋转速度对搅拌区组织特征的影响。研...
【文章来源】：重庆理工大学重庆市
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
搅拌摩擦加工原理图[46]
绪论7于0.5μm则能在晶界处对晶粒起钉扎作用，相反会推动再结晶过程。形核的晶粒在加工后残留的高温和残余应力作用下持续长大，逐渐趋于均匀。图1.2细化机制[51]1.3.2常规搅拌摩擦加工研究进展常规搅拌摩擦加工技术(NFSP)在改善镁合金性能方面具有广泛的应用前景，关于搅拌摩擦加工镁合金国内外学者做了大量的研究，研究主要集中在微观组织特征、织构特征及力学性能等方面。搅拌摩擦加工镁合金的研究主要集中在AZ系镁合金，而对镁锂合金的研究较少。(1)组织特征搅拌摩擦加工后板材表面易呈现出均匀的“鱼鳞纹”，这是因为搅拌摩擦加工过程中，在搅拌针的剧烈搅拌及搅拌头轴肩的共同作用下，熔融金属不断从前进侧流向后退侧，最后在材料加工表面留下均匀的半圆环状痕迹。根据搅拌摩擦加工时材料各区域所受的热量和变形程度不同，可将搅拌摩擦加工后材料的横截面分为以下几个典型区域：轴肩影响区(ShoulderAffected，SAZ)、焊核区(WeldNuggetZone,WNZ)、热机械影响区(Thermal-MechanicallyAffectedZone，TMAZ)、热影响区(HeatAffectedZone,HAZ)、母材区(BaseMetal，BM)[52]，其示意图如图1.3所示。焊核区是研究热点，在搅拌针的作用下，此区域受到充分搅拌并获得充足的热输入量，材料发生了剧烈的塑性流变和完全动态再结晶，形成了均匀等轴细晶；对于含有第二相的材料，第二相在焊核区均匀分布，并伴随着第二相的固溶及析出行为，在细晶强化及第二相强化共同作用下材料性能得到改善。热机械影响区虽然也受搅拌头的搅拌和热循环的影响，但材料受到的作用力与热输入量不如焊核区，因此只有部分晶粒发生动态再结晶现象，导致此区域的组织较不均匀。热影响区距离焊核区较远，位于母材与热机械影响区域之间，仅受到热循环作用，所以其组织?
重庆理工大学硕士学位论文8呈现出晶粒长大现象，当热输入量较少时，热影响区不明显[50]。母材区在搅拌摩擦加工过程中，没有受到热、力作用，微观组织形貌无明显变化。图1.3搅拌摩擦加工典型区域示意图搅拌摩擦加工能够有效改善第二相的形态、尺寸及分布，因此第二相对晶粒细化有着重要的影响。Luo等[53]发现稀土元素Y加入ZK60镁合金中，形成的W相(Mg3Zn3Y2)阻碍了动态再结晶晶粒的长大，搅拌摩擦加工工艺参数相同时，与ZK60镁合金相比，ZK60-Y镁合金的晶粒尺寸更加细校易敏娜等[54]发现搅拌摩擦加工后，镁合金中的第二相颗粒均匀分布于基体中。王快社等[55]对铸态AZ31镁合金进行搅拌摩擦加工，研究表明大量第二相b-Mg17Al12在高温作用下固溶于镁合金基体中，产生固溶强化效果，提高了合金的力学性能。拌摩擦加工过程中，加工工艺参数会影响材料的成型性，加工参数选择不合理会产生犁沟、孔洞等缺陷。加工区域的温度受到旋转速度与行进速度的影响，摩擦热主要来自于搅拌头旋转速度。当旋转速度较低时，输入量不足难以产生充分流动的塑性材料，不能填充下层空隙，导致在搅拌区形成孔洞等缺陷；当旋转速度过高时，达到或超过金属材料熔点，材料粘度增加，塑性流动不充分会影响加工材料的成型性，同时晶粒发生粗化现象，降低力学性能。搅拌头行进速度过低，随着加工时间延长，会导致搅拌头周围金属因过热而产生裂纹，使加工表面不平整；相反，若行进速度过高，加工时间不足，产生的热输入量难以使搅拌头周围的金属达到熔融状态，容易在搅拌区形成疏松、孔洞等缺陷[56]。因此材料的组织主要受到旋转速度及行进速度的影响。邢丽等[57]发现，旋转速度较低时，加工表面出现沟槽，随着转速提高，沟槽逐渐变细直至消失。转速固定，行进速?
【参考文献】：
期刊论文
[1]镁锂合金强化行为研究进展[J]. 蔡祥,乔岩欣,许道奎,李传强,杨兰兰,周慧玲. 材料导报. 2019(S2)
[2]微观组织演变对细晶Mg-Y-Nd合金超塑性性能的影响[J]. 曹耿华,郑振兴,刘一雄,王敏,李纬华. 材料研究学报. 2019(06)
[3]微观组织特征对模拟海水中搅拌摩擦加工Ti-6Al-4V合金腐蚀磨损性能的影响[J]. 蒋璐瑶,郭勇义,黄伟九,刘成龙,陈琛辉. 表面技术. 2019(05)
[4]退火对轧制LA43M镁锂合金组织与性能的影响[J]. 王谦,张明玉,闵光辉. 新疆有色金属. 2019(02)
[5]剧烈塑性变形工艺加工镁合金的研究进展[J]. 兖利鹏,李全安,陈晓亚. 材料热处理学报. 2018(11)
[6]慢速搅拌摩擦加工对工业纯钛摩擦磨损性能的影响[J]. 郭勇义,蒋璐瑶,黄伟九,刘成龙,陈琛辉,胥桥梁. 表面技术. 2018(09)
[7]扫描Kelvin探针力显微镜:工作原理及在材料腐蚀研究中的应用[J]. 宋博,陈旭. 材料导报. 2018(07)
[8]LZ91合金在累积叠轧焊合过程中的界面焊合研究[J]. 张清龙,王军丽,侯健,章震威,史庆南. 金属热处理. 2017(04)
[9]基于剧烈塑性变形法制备块体超细晶材料和力学性能的研究综述[J]. 刘博,郑丽,卢振华. 天水师范学院学报. 2017(02)
[10]Suppressing Effect of Heat Treatment on the Portevin–Le Chatelier Phenomenon of Mg–4%Li–6%Zn–1.2%Y Alloy[J]. C.Q.Li,D.K.Xu,B.J.Wang,L.Y.Sheng,E.H.Han. Journal of Materials Science & Technology. 2016(12)
博士论文
[1]双相镁锂合金搅拌摩擦加工和焊接的组织与性能研究[D]. 刘刚.重庆大学 2018
[2]累积叠轧镁锂合金板材组织与性能演变研究[D]. 王天资.哈尔滨工程大学 2016
硕士论文
[1]超轻LA141镁锂合金的等径角挤压及其强塑化行为研究[D]. 樊栋祥.兰州理工大学 2019
[2]超轻LA141镁锂合金微观结构与力学性能研究[D]. 火照燕.兰州理工大学 2018
[3]工艺参数对AZ31镁合金搅拌摩擦加工组织和性能的影响研究[D]. 王杨.重庆大学 2017
[4]搅拌摩擦加工ZK60镁合金的组织及性能研究[D]. 林君.华南理工大学 2017
[5]Mg-Li-Zn-Y合金的组织与性能研究[D]. 于爽.沈阳航空航天大学 2017
[6]累积叠轧制备层状结构镁锂合金及性能研究[D]. 侯健.昆明理工大学 2016
[7]超轻镁锂合金微观结构与力学性能研究[D]. 吴洪超.南京理工大学 2016
[8]复合轧制及累积叠轧Mg-Li/Al复合板的显微组织与力学性能[D]. 马旭东.哈尔滨工程大学 2016
[9]晶粒尺寸、织构和第二相对FSP AZ80镁合金性能影响研究[D]. 海敏娜.西安建筑科技大学 2015
[10]搅拌摩擦加工对5083-O铝合金组织和性能的影响[D]. 黄立进.东北大学 2014
本文编号：2970563
【文章来源】：重庆理工大学重庆市
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
搅拌摩擦加工原理图[46]
绪论7于0.5μm则能在晶界处对晶粒起钉扎作用，相反会推动再结晶过程。形核的晶粒在加工后残留的高温和残余应力作用下持续长大，逐渐趋于均匀。图1.2细化机制[51]1.3.2常规搅拌摩擦加工研究进展常规搅拌摩擦加工技术(NFSP)在改善镁合金性能方面具有广泛的应用前景，关于搅拌摩擦加工镁合金国内外学者做了大量的研究，研究主要集中在微观组织特征、织构特征及力学性能等方面。搅拌摩擦加工镁合金的研究主要集中在AZ系镁合金，而对镁锂合金的研究较少。(1)组织特征搅拌摩擦加工后板材表面易呈现出均匀的“鱼鳞纹”，这是因为搅拌摩擦加工过程中，在搅拌针的剧烈搅拌及搅拌头轴肩的共同作用下，熔融金属不断从前进侧流向后退侧，最后在材料加工表面留下均匀的半圆环状痕迹。根据搅拌摩擦加工时材料各区域所受的热量和变形程度不同，可将搅拌摩擦加工后材料的横截面分为以下几个典型区域：轴肩影响区(ShoulderAffected，SAZ)、焊核区(WeldNuggetZone,WNZ)、热机械影响区(Thermal-MechanicallyAffectedZone，TMAZ)、热影响区(HeatAffectedZone,HAZ)、母材区(BaseMetal，BM)[52]，其示意图如图1.3所示。焊核区是研究热点，在搅拌针的作用下，此区域受到充分搅拌并获得充足的热输入量，材料发生了剧烈的塑性流变和完全动态再结晶，形成了均匀等轴细晶；对于含有第二相的材料，第二相在焊核区均匀分布，并伴随着第二相的固溶及析出行为，在细晶强化及第二相强化共同作用下材料性能得到改善。热机械影响区虽然也受搅拌头的搅拌和热循环的影响，但材料受到的作用力与热输入量不如焊核区，因此只有部分晶粒发生动态再结晶现象，导致此区域的组织较不均匀。热影响区距离焊核区较远，位于母材与热机械影响区域之间，仅受到热循环作用，所以其组织?
重庆理工大学硕士学位论文8呈现出晶粒长大现象，当热输入量较少时，热影响区不明显[50]。母材区在搅拌摩擦加工过程中，没有受到热、力作用，微观组织形貌无明显变化。图1.3搅拌摩擦加工典型区域示意图搅拌摩擦加工能够有效改善第二相的形态、尺寸及分布，因此第二相对晶粒细化有着重要的影响。Luo等[53]发现稀土元素Y加入ZK60镁合金中，形成的W相(Mg3Zn3Y2)阻碍了动态再结晶晶粒的长大，搅拌摩擦加工工艺参数相同时，与ZK60镁合金相比，ZK60-Y镁合金的晶粒尺寸更加细校易敏娜等[54]发现搅拌摩擦加工后，镁合金中的第二相颗粒均匀分布于基体中。王快社等[55]对铸态AZ31镁合金进行搅拌摩擦加工，研究表明大量第二相b-Mg17Al12在高温作用下固溶于镁合金基体中，产生固溶强化效果，提高了合金的力学性能。拌摩擦加工过程中，加工工艺参数会影响材料的成型性，加工参数选择不合理会产生犁沟、孔洞等缺陷。加工区域的温度受到旋转速度与行进速度的影响，摩擦热主要来自于搅拌头旋转速度。当旋转速度较低时，输入量不足难以产生充分流动的塑性材料，不能填充下层空隙，导致在搅拌区形成孔洞等缺陷；当旋转速度过高时，达到或超过金属材料熔点，材料粘度增加，塑性流动不充分会影响加工材料的成型性，同时晶粒发生粗化现象，降低力学性能。搅拌头行进速度过低，随着加工时间延长，会导致搅拌头周围金属因过热而产生裂纹，使加工表面不平整；相反，若行进速度过高，加工时间不足，产生的热输入量难以使搅拌头周围的金属达到熔融状态，容易在搅拌区形成疏松、孔洞等缺陷[56]。因此材料的组织主要受到旋转速度及行进速度的影响。邢丽等[57]发现，旋转速度较低时，加工表面出现沟槽，随着转速提高，沟槽逐渐变细直至消失。转速固定，行进速?
【参考文献】：
期刊论文
[1]镁锂合金强化行为研究进展[J]. 蔡祥,乔岩欣,许道奎,李传强,杨兰兰,周慧玲. 材料导报. 2019(S2)
[2]微观组织演变对细晶Mg-Y-Nd合金超塑性性能的影响[J]. 曹耿华,郑振兴,刘一雄,王敏,李纬华. 材料研究学报. 2019(06)
[3]微观组织特征对模拟海水中搅拌摩擦加工Ti-6Al-4V合金腐蚀磨损性能的影响[J]. 蒋璐瑶,郭勇义,黄伟九,刘成龙,陈琛辉. 表面技术. 2019(05)
[4]退火对轧制LA43M镁锂合金组织与性能的影响[J]. 王谦,张明玉,闵光辉. 新疆有色金属. 2019(02)
[5]剧烈塑性变形工艺加工镁合金的研究进展[J]. 兖利鹏,李全安,陈晓亚. 材料热处理学报. 2018(11)
[6]慢速搅拌摩擦加工对工业纯钛摩擦磨损性能的影响[J]. 郭勇义,蒋璐瑶,黄伟九,刘成龙,陈琛辉,胥桥梁. 表面技术. 2018(09)
[7]扫描Kelvin探针力显微镜:工作原理及在材料腐蚀研究中的应用[J]. 宋博,陈旭. 材料导报. 2018(07)
[8]LZ91合金在累积叠轧焊合过程中的界面焊合研究[J]. 张清龙,王军丽,侯健,章震威,史庆南. 金属热处理. 2017(04)
[9]基于剧烈塑性变形法制备块体超细晶材料和力学性能的研究综述[J]. 刘博,郑丽,卢振华. 天水师范学院学报. 2017(02)
[10]Suppressing Effect of Heat Treatment on the Portevin–Le Chatelier Phenomenon of Mg–4%Li–6%Zn–1.2%Y Alloy[J]. C.Q.Li,D.K.Xu,B.J.Wang,L.Y.Sheng,E.H.Han. Journal of Materials Science & Technology. 2016(12)
博士论文
[1]双相镁锂合金搅拌摩擦加工和焊接的组织与性能研究[D]. 刘刚.重庆大学 2018
[2]累积叠轧镁锂合金板材组织与性能演变研究[D]. 王天资.哈尔滨工程大学 2016
硕士论文
[1]超轻LA141镁锂合金的等径角挤压及其强塑化行为研究[D]. 樊栋祥.兰州理工大学 2019
[2]超轻LA141镁锂合金微观结构与力学性能研究[D]. 火照燕.兰州理工大学 2018
[3]工艺参数对AZ31镁合金搅拌摩擦加工组织和性能的影响研究[D]. 王杨.重庆大学 2017
[4]搅拌摩擦加工ZK60镁合金的组织及性能研究[D]. 林君.华南理工大学 2017
[5]Mg-Li-Zn-Y合金的组织与性能研究[D]. 于爽.沈阳航空航天大学 2017
[6]累积叠轧制备层状结构镁锂合金及性能研究[D]. 侯健.昆明理工大学 2016
[7]超轻镁锂合金微观结构与力学性能研究[D]. 吴洪超.南京理工大学 2016
[8]复合轧制及累积叠轧Mg-Li/Al复合板的显微组织与力学性能[D]. 马旭东.哈尔滨工程大学 2016
[9]晶粒尺寸、织构和第二相对FSP AZ80镁合金性能影响研究[D]. 海敏娜.西安建筑科技大学 2015
[10]搅拌摩擦加工对5083-O铝合金组织和性能的影响[D]. 黄立进.东北大学 2014
本文编号：2970563
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/2970563.html
教材专著
