约束模压温形变对AZ31镁合金晶粒度和力学性能的影响

发布时间：2017-07-28 20:11

  本文关键词：约束模压温形变对AZ31镁合金晶粒度和力学性能的影响

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【摘要】：镁合金由于具有密度低、电磁屏蔽等优点，已被应用到汽车、通信、电子设备等制造领域，但镁合金抗拉强度低的问题限制了其进一步的推广和应用。根据金属学原理，当金属材料的晶粒尺寸细化到一定程度时，其抗拉强度会明显提高。因此，开展制备细晶镁合金的工艺研究有着非常重要的意义。采用约束模压温形变方法细化AZ31镁合金晶粒，分析再结晶退火处理、约束模压温形变处理以及去应力退火处理对AZ31镁合金的晶粒和力学性能的影响，探索提高AZ31镁合金力学性能的途径，拓展AZ31镁合金的应用范围。 通过对比分析微观组织的细化和力学性能的改善，确定了有利于AZ31镁合金约束模压变形的再结晶退火工艺。经实验研究发现：经275℃×60min的再结晶退火处理，试样的微观组织均匀且晶粒细小，，平均晶粒尺寸由29.8μm减小到19.8μm，断后伸长率由9.6%提高到17.72%。选定275℃×60min作为AZ31镁合金约束模压形变前的退火处理工艺。 采用有限元模拟软件DEFORM-3D对约束模压的变形过程进行了仿真模拟，分析了约束模压压弯变形后板料等效应变的分布及大小；运用金属塑性变形理论，计算了等效应变的理论值。结果表明：板料约束模压变形区的等效应变理论值为0.58，DEFORM-3D模拟结果表明板料内部的等效应变分布均匀，而且模拟的等效应变数值与理论值结果一致。 论文重点研究了约束模压温形变处理对AZ31镁合金板料的晶粒细化和力学性能的影响，以及260℃×15min去应力退火处理对约束模压形变试样的晶粒和力学性能的影响。结果表明：经过一道次的约束模压温形变处理，AZ31镁合金的平均晶粒尺寸由19.8μm细化到9.2μm，细化程度高达53.54%。随着晶粒的细化，试样的强度得到了提高。抗拉强度和屈服强度分别由240MPa和132MPa提高到285MPa和155MPa。试样的断后伸长率由17.72%下降到12.29%，而硬度由55.84HBW提高到69.16HBW。如一道次约束模压温形变的AZ31镁合金试样经260℃×15min的去应力退火处理，其平均晶粒尺寸由9.2μm增大到10.3μm，抗拉强度和屈服强度分别由285MPa和155MPa降低到280MPa和143MPa，但断后伸长率由12.29%提高到了16.2%，此时试样的硬度值是58.48HBW。
【关键词】：AZ31镁合金 约束模压形变 晶粒细化 力学性能
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.22
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-8
• 目录8-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 镁合金10-15
• 1.1.1 镁合金的应用10-12
• 1.1.2 镁合金零部件的加工方法12
• 1.1.3 影响镁合金塑性变形的因素12-14
• 1.1.4 镁合金的热处理14-15
• 1.2 细晶材料15-18
• 1.2.1 细晶材料的制备16-17
• 1.2.2 细晶镁合金的制备17
• 1.2.3 晶粒细化对镁合金强度的影响17-18
• 1.3 约束模压形变技术简介18-19
• 1.4 约束模压形变研究现状19-21
• 1.5 论文选题背景及技术路线21-24
• 1.5.1 选题意义和研究内容21
• 1.5.2 技术路线21-24
• 第二章 实验材料和实验设备24-34
• 2.1 实验原始材料24-25
• 2.2 实验设备25-27
• 2.2.1 箱式电阻加热炉25-26
• 2.2.2 光学显微镜26-27
• 2.2.3 单向拉伸试验所用设备27
• 2.3 试样的再结晶退火处理27-31
• 2.3.1 退火处理方案27-28
• 2.3.2 退火对 AZ31 镁合金板料微观组织的影响28-29
• 2.3.3 退火对 AZ31 镁合金板料力学性能的影响29-31
• 2.4 约束模压形变温度和应变速率的选择31-32
• 2.5 本章小结32-34
• 第三章 板料约束模压变形的力学分析及数值模拟34-42
• 3.1 等效应变的理论计算34-36
• 3.2 约束模压过程的数值模拟36-39
• 3.2.1 AZ31 镁合金数据库的建立36
• 3.2.2 200℃下 AZ31 镁合金的拉伸试样及拉伸设备36-37
• 3.2.3 200℃下 AZ31 镁合金的拉伸速率选择37-38
• 3.2.4 200℃下 AZ31 镁合金的应力应变曲线38-39
• 3.3 有限元模拟结果及分析39-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第四章 AZ31 镁合金约束模压温形变的实验研究42-56
• 4.1 实验试样42-43
• 4.2 实验装置43-45
• 4.2.1 约束模压温形变模具43-44
• 4.2.2 约束模压温形变的实验装置44-45
• 4.2.3 约束模压形变时试验机的压下速度45
• 4.3 实验方案45-46
• 4.4 实验结果与分析46-54
• 4.4.1 约束模压温形变处理对 AZ31 镁合金晶粒大小的影响46-48
• 4.4.2 约束模压温形变试样的单向拉伸试验48-49
• 4.4.3 约束模压温形变处理对 AZ31 镁合金抗拉强度的影响49-50
• 4.4.4 约束模压温形变处理对 AZ31 镁合金屈服强度的影响50-51
• 4.4.5 约束模压温形变处理对 AZ31 镁合金塑性的影响51-52
• 4.4.6 约束模压温形变处理对 AZ31 镁合金硬度的影响52-54
• 4.5 本章小结54-56
• 第五章 结论56-58
• 参考文献58-63
• 致谢63-64
• 攻读硕士学位期间发表的论文64

【参考文献】

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本文编号：585794