鑄軋鎂合金的變形工藝及其組織和力學性能的研究.pdf

1、鎂合金具有高的比強度、比剛度，良好的阻尼減震性，優(yōu)良的機加工性能和易于回收利用，被譽為21世紀最具發(fā)展前途的金屬結構材料，是近年來國內外材料界研究的熱點之一。進一步提高鎂合金的綜合性能，滿足某些結構件“以鎂代鋁”甚至“代鋼”的性能要求；改善鎂合金的塑性、減小各向異性，顯著改善其塑性成形能力；簡化鎂合金制品的制備工藝，降低其生產成本，擴大鎂合金的應用范圍，是國內外研究的主要方向。 本論文主要針對鎂合金薄板制備難度大、性能較低且工藝

2、穩(wěn)定性較差、塑性較低且各向異性較大、塑性加工能力較差的問題，采用雙輥鑄軋法制備鎂合金條帶坯料，利用軋輥的急冷作用及半固態(tài)條件下的塑性變形細化坯料組織及第二相，減少偏析，從而改善其塑性變形能力，并縮短鎂合金薄板制備工藝流程；通過軋制工藝參數及熱處理工藝參數的優(yōu)化，改善其綜合力學性能、減小各向異性并對鑄軋過程中鎂合金組織形成機理、溫軋及熱處理過程中組織演變及影響因素，以及軋制鎂合金的強化機理進行了分析，為鎂合金薄板的制備、鎂合金組織及性能控

3、制奠定了實驗及理論基礎。 本文采用雙輥鑄軋（Twin Roll Casting，簡記為TRC）法成功制備了厚度為3～3．5mm的ZK60和Mg-4．5Al-1．0Zn（簡記AZ41）鎂合金條帶，確定了制備工藝參數：鑄軋溫度、軋輥轉速及預留輥縫寬度分別為640～680℃、5～6rpm、2mm（ZK60）及630～650℃、5～6rpm、2mm（AZ41），并分析了其顯微組織及形成機理。研究結果表明，雙輥鑄軋鎂合金的組織呈枝晶狀，枝

4、晶間分布著細小的第二相，條帶近表面有激冷區(qū)。鑄軋過程中軋輥的急冷作用及半固態(tài)條件下的塑性變形導致鑄軋鎂合金的晶粒組織比傳統(tǒng)鑄錠法的組織顯著細化，且晶界第二相尺寸也顯著減小，分布均勻性明顯改善，從而顯著改善鎂合金的塑性變形能力。 通過討論溫軋工藝參數對鑄軋ZK60鎂合金組織和性能的影響，確定了0．5mm厚ZK60鎂合金薄帶制備的最佳軋制工藝，即先將3．5mm厚的鑄軋條帶在350℃軋制到1mm，1mm厚薄帶在350℃退火30min，

5、然后再在300℃下軋制到0．5mm，道次間壓下量為30％，道次間退火溫度為軋制溫度，保溫時間為5min。溫軋變形改變了TRC鎂合金的組織形態(tài)，由枝晶狀變?yōu)槔w維狀組織，晶粒沿軋制方向被拉長，且薄帶內部有剪切帶、位錯及孿晶產生。在軋制溫度為350℃以上時，發(fā)生動態(tài)再結晶。隨著軋制溫度的降低、道次間壓下量及總變形量的增加，鎂合金的組織細化且剪切帶的密度增加，鎂合金的強度及硬度增加。在優(yōu)化軋制工藝條件下，ZK60鎂合金薄帶的拉伸強度、屈服強度和

6、伸長率分別為510MPa、441MPa和11．3％。 通過分析退火、固溶、時效等熱處理過程中溫軋ZK60鎂合金薄帶的組織轉變及其對性能的影響，確定了ZK60鎂合金薄帶最佳熱處理工藝參數：退火熱處理-375℃×103s； T6熱處理-375℃×3hrs+175℃×10hrs。在300℃及以上溫度退火過程中有靜態(tài)再結晶發(fā)生，隨著退火溫度升高和保溫時間的延長，再結晶晶粒比例增加，得到均勻細小的等軸晶，繼續(xù)提高溫度或延長保溫時間，晶粒明

7、顯長大。退火處理使硬度及強度有所降低，但塑性明顯提高，在最佳退火工藝條件下，ZK60鎂合金薄帶的拉伸強度、屈服強度及伸長率分別為388MPa，301MPa和22．9％。適當的T6處理可獲得均勻細小的等軸晶組織（平均晶粒尺寸為6．7μm），且顯著減小了ZK60鎂合金薄帶力學性能的各向異性，其三個方向的拉伸強度、屈服強度和伸長率的偏差分別為23MPa、10MPa和1．0％。 軋制態(tài)ZK60鎂合金薄帶表現出強的（0001）基面織構，由

8、于試樣內部存在高密度剪切帶，使其織構分布向垂直于軋制方向分散。隨著軋制溫度降低、軋制變形量和道次間壓下量增大，（0001）基面織構的最大極密度增加。溫軋變形過程中產生的（0001）基面變形織構對合金起到強化作用。 研究熱處理過程中ZK60鎂合金的相析出行為得知，退火處理后晶粒內部只有圓盤狀的顆粒析出，而適當工藝參數的T6處理后薄帶內部既有圓盤狀的顆粒也有桿狀的顆粒析出。這些強化相的析出有利于提高材料的組織均勻性和抗高溫軟化能力。

9、無論是退火過程的圓盤狀析出相還是T6處理過程的圓盤狀析出相，均含有Zn元素和Zr元素，而桿狀的析出相僅含有Zn元素不含Zr元素。另外，Zr還有一部分均勻分布在基體中，起到細化晶粒的作用。 溫軋變形ZK60鎂合金變形過程中存在三種強化機制：細晶強化、第二相粒子強化和位錯強化，三種強化機制分別在溫軋變形的不同階段起主導作用，在共同的強化作用下提高鎂合金的強度。在三種不同強化機制共同作用的同時，溫軋變形過程中產生的（0001）基面變形