變形鎂合金熱鍛可成形性參數(shù)辨識與晶粒細化研究.pdf

1、晶粒細化是提高鎂合金力學性能的重要手段。強塑性變形技術如等徑角擠壓、累積疊軋焊、高壓扭轉等已成功應用于細化鎂合金晶粒。相對于這些強塑性變形技術，多向反復鍛造因工藝簡單、成本低、使用現(xiàn)有設備即可進行細晶材料的制備等優(yōu)點而具有更加廣闊的工業(yè)應用前景。然而鎂合金具有密排六方的晶格結構，滑移系少，鍛造難度大，目前鎂合金多向反復鍛造的研究相對較少。為有效細化鎂合金晶粒組織并提高合金力學性能，本文以典型Mg-A1-Zn系鎂合金AZ61、AZ80及M

2、g-Zn-Zr系合金ZK60為研究對象，通過等溫熱壓縮實驗建立了材料的微觀組織演化模型，基于加工圖理論研究了這些合金的熱加工可成形性，采用有限元數(shù)值模擬識別了合適的多向反復鍛造工藝參數(shù)范圍，通過多向反復鍛造實驗研究了該工藝對鎂合金微觀組織和力學性能的影響。
　　提出了一種基于Lassraoui模型回歸獲得動態(tài)再結晶臨界應變表達式的方法，并以此為基礎建立了三種鎂合金材料的動態(tài)再結晶動力學方程。兩階段Lassraoui模型反映了加工硬

3、化-動態(tài)回復現(xiàn)象和動態(tài)再結晶引起的應變軟化，該模型的精確性由第二階段開始條件即動態(tài)再結晶觸發(fā)的臨界應變值決定，然而臨界應變值識別方法的研究相對較少。為提高模型計算值與實驗數(shù)據(jù)吻合度，本文基于Lassraoui模型辨識獲得了臨界應變的相關參數(shù)，并以此為基礎建立了三種鎂合金材料的動態(tài)再結晶動力學方程。
　　提出了通過跟蹤試樣熱壓縮過程不同位置變形歷史識別加工圖微觀組織佐證點的方法。熱壓縮實驗是常用的研究材料熱變形可加工性的方法，然而，

4、熱壓縮過程中接觸邊界及其摩擦狀態(tài)導致試樣溫度場與變形場的不均勻，并進而帶來微觀組織的不均勻。在材料可成形性分析中，需要根據(jù)所獲得的流變應力數(shù)據(jù)建立材料的加工圖，結合變形后的微觀組織來佐證加工圖的分析結果，而一定變形條件下組織的不均勻為佐證加工圖帶來了困難。為識別最接近設定變形條件的特征點進行微觀組織觀察以佐證加工圖分析結果，本文對熱壓縮過程中試樣不同位置的變形歷史進行跟蹤分析，識別了適合進行加工圖微觀組織佐證的特征點。
　　基于加

5、工圖理論與特征點的微觀組織觀察系統(tǒng)研究了擠壓態(tài)鎂合金 AZ61、AZ80和 ZK60的熱加工可成形性。通過三種鎂合金材料功率耗散系數(shù)分布特征及微觀組織觀察結果識別了合金不同變形條件下的微觀組織演化機制并給出了優(yōu)化的熱加工窗口?；贘onas、Semiatin、Prasad、Murty、Gegel和 Alexander流變失穩(wěn)判據(jù)預測結果及微觀組織觀察結果的耦合分析檢驗了不同流變失穩(wěn)判據(jù)對三種鎂合金材料的適用性，識別了三種鎂合金材料熱變形

6、過程中應當避免的流變失穩(wěn)區(qū)。
　　提出了逐步增加應變速率的多向反復鍛造工藝并基于包含加工圖的有限元模擬識別了合適的多向反復鍛造工藝參數(shù)范圍。與傳統(tǒng)的等溫多向反復鍛造和減溫多向反復鍛造相比，逐步增加應變速率的多向反復鍛造不存在等溫多向反復鍛造的臨界晶粒尺寸，避免了減溫多向反復鍛造中溫度改變帶來的繁瑣操作，工藝簡單易行，更有希望應用于工業(yè)生產(chǎn)。為避免多向反復鍛造過程中出現(xiàn)流變失穩(wěn)，本文將加工圖集成至有限元模擬軟件中對多向反復鍛造過程中

7、試樣的溫度、應變、應變速率及流變失穩(wěn)區(qū)分布進行了模擬，識別了合適的多向反復鍛造工藝參數(shù)范圍。
　　成功完成了逐步增加應變速率的多向反復鍛造實驗，并通過金相觀察、力學性能測試和掃描電鏡分析研究了逐步增加應變速率的多向反復鍛造工藝對鎂合金微觀組織和力學性能的影響。多向反復鍛造變形道次后的顯微組織研究表明隨著變形的進行，合金的微觀組織逐步細化并趨于均勻化，鎂合金AZ61在320℃下經(jīng)過多向反復鍛造變形后形成了平均晶粒尺寸為6.1μm的均