AZ31鎂合金變通道角擠壓變形時組織性能與工藝的研究.pdf

1、鎂合金是一種很有吸引力的輕金屬結(jié)構(gòu)材料，其在交通工具、電子通信、航空航天等領(lǐng)域有著廣闊的運用前景。鎂是密排六方結(jié)構(gòu)，只有有限的滑移系，室溫下塑性成型能力差，同時也限制了鎂合金的比強度的大幅度提高。目前細化晶粒成為優(yōu)先考慮用來提高鎂合金強度和塑性的一種有效手段。作為一種全新的深度塑性變形方式，在已有的研究中，對變通道角擠壓工藝(CCAE)的微觀組織演變、晶粒細化機制和CCAE變形后細晶粒鎂合金的力學性能、熱穩(wěn)定性能的研究都未開展，而對CC

2、AE變形工藝的理解也不夠清晰。
　　本文旨在研究CCAE變形過程中AZ31系鎂合金的微觀組織演變和變形后的力學性能以及CCAE變形工藝。重點討論了CCAE變形過程中的晶粒細化機制和模型，變形后的室溫壓縮性能及斷裂機制，變形后微觀組織的熱穩(wěn)定性能，以及CCAE變形過程中的擠壓力和應變。以期對AZ31系鎂合金的CCAE變形機理和CCAE變形工藝本身進行初步研究和探討。
　　為此，選取了應用比較廣泛的鑄態(tài)AZ31鎂合金作為研究對象

3、。采用金相顯微分析(OM)和X射線衍射分析等手段，對不同擠壓溫度下AZ31鎂合金在CCAE變形過程中的顯微組織和織構(gòu)的演變規(guī)律進行了分析；采用室溫力學性能測試，探討了CCAE成型后AZ31鎂合金的室溫力學性能和室溫下的斷裂方式及斷裂機理；采用透射電子顯微技術(shù)(TEM)，探討了CCAE變形過程中AZ31鎂合金的晶粒細化機制和模型；對經(jīng)CCAE變形后的AZ31鎂合金進行了退火處理，探討了經(jīng)CCAE變形后AZ31鎂合金顯微組織的熱穩(wěn)定性能；采

4、用上限法對CCAE變形工藝進行了數(shù)值分析，對CCAE變形過程中擠壓力和應變的計算進行了初步探討。取得如下結(jié)果：
　　AZ31鎂合金經(jīng)CCAE變形后，鎂合金晶粒明顯細化。變形后合金室溫延伸率隨晶粒細化而提高，屈服強度和硬度都隨晶粒細化而提高，與 Hall-Petch關(guān)系的趨勢符合。在250~450℃溫度范圍內(nèi)進行 CCAE變形，AZ31鎂合金的晶粒隨變形溫度的降低而減小。AZ31鎂合金經(jīng)CCAE熱變形后，合金的室溫強韌性得到綜合改善

5、。
　　CCAE變形過程中AZ31鎂合金的晶粒細化機制可以歸結(jié)為在兩不同內(nèi)徑的通道的交接處的剪切區(qū)的剪切作用引起的晶粒破碎和整個CCAE變形過程中發(fā)生的連續(xù)動態(tài)回復和再結(jié)晶(CDRR)。對于連續(xù)動態(tài)回復和再結(jié)晶，變形初期在粗晶粒內(nèi)產(chǎn)生許多位錯，位錯會發(fā)生交互作用，重新排列形成位錯界面以及亞晶界，而形成的位錯界面以及亞晶界會進一步演化為小角度晶界和大角度晶界，鎂合金得以細化。
　　對擠壓溫度為250℃的擠壓成型樣進行晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)

6、定性的實驗，退火溫度范圍為200~500℃，保溫時間為30min，隨著退火溫度的升高，晶粒不斷長大，在200~275℃時，晶粒隨溫度上升呈平緩線性長大，從275~400℃晶粒長大趨于平緩，400℃以后，晶粒迅速長大。在這三個溫度區(qū)間，其晶粒長大激活能分別為：73.6，16.7，105.1kJ/mol。在高溫范圍內(nèi)的激活能介于純鎂的晶格自擴散能(QL=135kJ/mol)和晶界擴散能(Qgb=92kJ/mol)之間。在低溫范圍內(nèi)，其晶粒長