高Al含量Mg-Al-Sn-Zn系镁合金控制轧制工艺与超塑性变形行为
发布时间：2021-07-31 20:25
近年来,随着能源与环境问题的日益突出,节能和环保成为人类文明健康发展的必要选择,绿色、科学、可持续的发展理念深入人心。因此,作为最轻的工程结构金属材料,同时兼具良好的比刚度、比强度和可回收性,镁合金的重要性逐渐得到认可,镁合金材料的开发与应用已成为国际研究热点。由于镁合金的室温塑性较差,高温超塑性变形被认为是加工复杂形状镁合金汽车部件的有效方法。然而,在现有的商业镁合金牌号中,兼具优异室温与高温力学性能且低成本的成分相对较少,亟待开发新型镁合金体系。同时,高合金含量双辊铸轧（TRC）镁合金板材面临着“偏析组织难调控、加工变形易开裂”的难题,目前尚缺少有效的解决方案,严重阻碍了高效的TRC技术在镁合金中的应用。本文以目前应用最为广泛的Mg-Al-Zn体系为基础,设计出高Al（8 wt%）且低Sn含量的Mg-Al-Sn-Zn体系,该体系同时具备高体积分数的低熔点Mg17Al12相和热稳定性好的细小Mg2Sn颗粒,在室温与高温下都表现出优异性能。分别以铸轧合金（TRC-ATZ821）、传统铸锭（IC-AT...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
异步轧制变形路径示意图[26]
第1章绪论5图1.2（a）AZ91合金短流程混合轧制工艺示意图以及（b）相应的室温与高温拉伸工程应力-应变曲线[28]Fig.1.2(a)TheschematicdiagramofshortflowrollingprocessforAZ91alloyand(b)correspondingroomandhightemperaturetensileengineeringstress-straincurves[28]新型轧制工艺有极大的优势和发展前景，但每种工艺也都存在其固有的缺点，比如异步轧制的板材弯曲和轧机震颤现象，累积叠轧对板材表面处理的高要求，衬板轧的模式在工业应用中实现难度大。同时新型轧制技术对设备要求相对于常规轧制也更高，因此，目前的工业级别板材生产还是以常规多道次轧制技术为主。1.2.2镁合金双辊铸轧技术研究现状铸锭开坯流程是制备镁合金板材的传统方法中必不可少的环节，对于中厚板材的制备具有重要意义。然而，对于制备薄板带材而言，铸锭开坯流程增加了工艺路线的复杂性，同时也提高了加工成本，从而制约了镁合金薄板材料在工业中的广泛应用。而双辊薄带连续铸轧（简称双辊铸轧或铸轧，TRC）工艺的出现，创新性的解决了这一问题[5,9]。图1.3为TRC工艺的原理示意图[29]。主体结构包括浇注口、两个逆向旋转的轧辊以及金属板和轧辊共同围成的熔池。将熔融状态的金属液体从浇注口浇入到熔池中，随着轧辊的旋转，同时完成铸造和轧制两道工序，直接得到板坯。可以看出，TRC这项技术具有低成本、短流程、高效率的特点，同时，由于金属液直接浇注在轧辊上，具有较快的冷却速度，并伴随着轧辊的动压效应，导致了TRC板坯相比于传统铸锭而言，在显微组织细化上具有明显的优势[6-8]。因为有上述优势，TRC技术自问世之初便受到了广泛的关注，目前已经在铝、铜等合金上有较为成熟的应用[30,31]，但在镁合金中的应用目前
吉林大学硕士学位论文6尚存在一些问题[17]。因此，国内外科研人员对工业级TRC镁合金以及相应的后续精轧进行了大量的理论研究工作[32-35]。图1.3双棍铸轧示意图[36]Fig.1.3Theschematicdiagramoftwinrollcasting[36]目前的TRC镁合金板材制备面临的最大问题是产品内部组织中严重的反偏析与中心线偏析[10-13]。由于铸轧过程的冷速较快，同时伴随着旋转轧辊带来的动压效应，溶质扩散时间短且扩散条件较差，这使得富含溶质的液相在变形过程中凝固易发生偏析，而往往溶质富集的液相会从内部被压到外表面，形成反偏析[6,10]。中心线偏析是TRC镁合金中一种典型的且不可避免的微观组织特征，是由于糊状带的不完全凝固而出现在铸轧坯带的最终凝固区[37]。在中心形成的偏析通道的尺寸至少比它们附近的树枝晶大一个数量级[38]，且此偏析很难通过后续的热处理及加工来消除，通常会保留到最终的产品中[37]，严重影响了产品的性能。TRC合金中的偏析现象难以完全根据经典的溶质再分配理论来解释，类似于高压压铸过程，有意外力作用下的液体流动现象需要考虑。一旦铸件凝固过程中被施加外力，在固相分数高于枝晶搭接点的区域内，晶粒或树枝晶将相互推挤来补偿外部应力作用。在这个过程中，晶粒运动通过扩展晶间区域导致了体积增加。因此，周围的液体在压力驱动下可以流入到膨胀的晶间区域内，从而形成了偏析带[37,39]。反偏析和中心线偏析两种宏观偏析影响了微观组织的均匀性从而导致产品的力学性能不稳定。Park等人[11]在制备的TRC-AZ91合金中，发现了大量网状的Mg17Al12偏析相，如图1.4所示[11]，这导致了该材料的室温延伸率仅
【参考文献】：
期刊论文
[1]超塑性轻合金组织稳定性的研究进展及展望[J]. 王慧远,张行,徐新宇,查敏,王珵,马品奎,管志平. 金属学报. 2018(11)
[2]钢中第二相粒子形貌预报理论和检测方法[J]. 郭靖,郭汉杰,方克明,段生朝,石骁,杨文晟. 金属学报. 2017(07)
[3]镁合金板材的生产历史与研究现状[J]. 丁云鹏,崔建忠,乐启炽,张志强,宝磊. 精密成形工程. 2014(06)
[4]超塑性拉伸断裂分析[J]. 管志平,马品奎,宋玉泉. 金属学报. 2013(08)
[5]AZ31镁合金轧制工艺的研究[J]. 张丁非,徐杏杏,兰伟,戴庆伟,齐福刚. 材料工程. 2011(11)
[6]轧制工艺对AZ31B镁合金薄板组织与性能的影响[J]. 张志强,乐启炽,崔建忠. 材料热处理学报. 2010(04)
[7]镁合金板材轧制成型的研究进展[J]. 张丁非,戴庆伟,胡耀波,兰伟,方霖. 材料工程. 2009(10)
[8]镁合金板材轧制工艺及组织性能分析[J]. 汪凌云,黄光杰,陈林,黄光胜,李伟,潘复生. 稀有金属材料与工程. 2007(05)
[9]镁合金超塑性研究[J]. 曹磊,丁汉林,刘六法. 轻合金加工技术. 2005(10)
[10]镁合金超塑性研究现状与进展[J]. 闫蕴琪,张廷杰,邓炬,周廉. 金属热处理. 2003(10)
本文编号：3314134
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
异步轧制变形路径示意图[26]
第1章绪论5图1.2（a）AZ91合金短流程混合轧制工艺示意图以及（b）相应的室温与高温拉伸工程应力-应变曲线[28]Fig.1.2(a)TheschematicdiagramofshortflowrollingprocessforAZ91alloyand(b)correspondingroomandhightemperaturetensileengineeringstress-straincurves[28]新型轧制工艺有极大的优势和发展前景，但每种工艺也都存在其固有的缺点，比如异步轧制的板材弯曲和轧机震颤现象，累积叠轧对板材表面处理的高要求，衬板轧的模式在工业应用中实现难度大。同时新型轧制技术对设备要求相对于常规轧制也更高，因此，目前的工业级别板材生产还是以常规多道次轧制技术为主。1.2.2镁合金双辊铸轧技术研究现状铸锭开坯流程是制备镁合金板材的传统方法中必不可少的环节，对于中厚板材的制备具有重要意义。然而，对于制备薄板带材而言，铸锭开坯流程增加了工艺路线的复杂性，同时也提高了加工成本，从而制约了镁合金薄板材料在工业中的广泛应用。而双辊薄带连续铸轧（简称双辊铸轧或铸轧，TRC）工艺的出现，创新性的解决了这一问题[5,9]。图1.3为TRC工艺的原理示意图[29]。主体结构包括浇注口、两个逆向旋转的轧辊以及金属板和轧辊共同围成的熔池。将熔融状态的金属液体从浇注口浇入到熔池中，随着轧辊的旋转，同时完成铸造和轧制两道工序，直接得到板坯。可以看出，TRC这项技术具有低成本、短流程、高效率的特点，同时，由于金属液直接浇注在轧辊上，具有较快的冷却速度，并伴随着轧辊的动压效应，导致了TRC板坯相比于传统铸锭而言，在显微组织细化上具有明显的优势[6-8]。因为有上述优势，TRC技术自问世之初便受到了广泛的关注，目前已经在铝、铜等合金上有较为成熟的应用[30,31]，但在镁合金中的应用目前
吉林大学硕士学位论文6尚存在一些问题[17]。因此，国内外科研人员对工业级TRC镁合金以及相应的后续精轧进行了大量的理论研究工作[32-35]。图1.3双棍铸轧示意图[36]Fig.1.3Theschematicdiagramoftwinrollcasting[36]目前的TRC镁合金板材制备面临的最大问题是产品内部组织中严重的反偏析与中心线偏析[10-13]。由于铸轧过程的冷速较快，同时伴随着旋转轧辊带来的动压效应，溶质扩散时间短且扩散条件较差，这使得富含溶质的液相在变形过程中凝固易发生偏析，而往往溶质富集的液相会从内部被压到外表面，形成反偏析[6,10]。中心线偏析是TRC镁合金中一种典型的且不可避免的微观组织特征，是由于糊状带的不完全凝固而出现在铸轧坯带的最终凝固区[37]。在中心形成的偏析通道的尺寸至少比它们附近的树枝晶大一个数量级[38]，且此偏析很难通过后续的热处理及加工来消除，通常会保留到最终的产品中[37]，严重影响了产品的性能。TRC合金中的偏析现象难以完全根据经典的溶质再分配理论来解释，类似于高压压铸过程，有意外力作用下的液体流动现象需要考虑。一旦铸件凝固过程中被施加外力，在固相分数高于枝晶搭接点的区域内，晶粒或树枝晶将相互推挤来补偿外部应力作用。在这个过程中，晶粒运动通过扩展晶间区域导致了体积增加。因此，周围的液体在压力驱动下可以流入到膨胀的晶间区域内，从而形成了偏析带[37,39]。反偏析和中心线偏析两种宏观偏析影响了微观组织的均匀性从而导致产品的力学性能不稳定。Park等人[11]在制备的TRC-AZ91合金中，发现了大量网状的Mg17Al12偏析相，如图1.4所示[11]，这导致了该材料的室温延伸率仅
【参考文献】：
期刊论文
[1]超塑性轻合金组织稳定性的研究进展及展望[J]. 王慧远,张行,徐新宇,查敏,王珵,马品奎,管志平. 金属学报. 2018(11)
[2]钢中第二相粒子形貌预报理论和检测方法[J]. 郭靖,郭汉杰,方克明,段生朝,石骁,杨文晟. 金属学报. 2017(07)
[3]镁合金板材的生产历史与研究现状[J]. 丁云鹏,崔建忠,乐启炽,张志强,宝磊. 精密成形工程. 2014(06)
[4]超塑性拉伸断裂分析[J]. 管志平,马品奎,宋玉泉. 金属学报. 2013(08)
[5]AZ31镁合金轧制工艺的研究[J]. 张丁非,徐杏杏,兰伟,戴庆伟,齐福刚. 材料工程. 2011(11)
[6]轧制工艺对AZ31B镁合金薄板组织与性能的影响[J]. 张志强,乐启炽,崔建忠. 材料热处理学报. 2010(04)
[7]镁合金板材轧制成型的研究进展[J]. 张丁非,戴庆伟,胡耀波,兰伟,方霖. 材料工程. 2009(10)
[8]镁合金板材轧制工艺及组织性能分析[J]. 汪凌云,黄光杰,陈林,黄光胜,李伟,潘复生. 稀有金属材料与工程. 2007(05)
[9]镁合金超塑性研究[J]. 曹磊,丁汉林,刘六法. 轻合金加工技术. 2005(10)
[10]镁合金超塑性研究现状与进展[J]. 闫蕴琪,张廷杰,邓炬,周廉. 金属热处理. 2003(10)
本文编号：3314134
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