高強度鎂合金超塑性成型及組織與性能研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代交通運輸裝備對節(jié)能、減排以及環(huán)保要求的同益提高，鎂合金逐漸以其輕質(zhì)、高強度、高阻尼、資源廣泛和易回收等優(yōu)勢，在交通運輸裝備和3C等輕量化制造領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，已表現(xiàn)出明顯的“以鎂代鋼、以鎂代鋁”的趨勢。當(dāng)前鎂合金已經(jīng)成為國內(nèi)外材料領(lǐng)域研究和開發(fā)的熱點，作為鎂資源大國，我們應(yīng)該抓住時代戰(zhàn)略機遇將資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢。
　　本文以MB350和KBM10兩種新設(shè)計的AZ系鎂合金材料為對象，通過OM、SEM、XRD、力學(xué)性能測試

2、等手段系統(tǒng)研究了其室溫、高溫力學(xué)性能及微觀組織演變。優(yōu)化材料后，對鑄態(tài)KBM10鎂合金進(jìn)行高溫壓縮實驗，獲得壓縮流變應(yīng)力曲線。通過Deform-3D數(shù)值模擬鍛造過程，結(jié)合現(xiàn)有實驗條件，在壓力機上完成大尺寸KBM10鎂合金的多向鍛造實驗和過渡車鉤的超塑性模鍛成型實驗。最后對車鉤初成品進(jìn)行力學(xué)性能測試。本課題獲得的研究成果如下:
　　鑄態(tài)MB350鎂合金α-Mg基體組織粗大，平均晶粒尺寸為350μm，第二相分布于晶界和晶粒內(nèi)。鑄態(tài)MB

3、350鎂合金室溫拉伸抗拉強度為165MPa，延伸率為7.5％。擠壓后α-Mg晶粒顯著細(xì)化，平均晶粒尺為15μm，其抗拉強度達(dá)到296MPa，延伸率達(dá)到20.1％。鑄態(tài)材料的較佳熱處理參數(shù)為固溶(440℃，4h)，時效(170℃，28h)，擠壓態(tài)材料較佳參數(shù)為170℃，24h時效。
　　MB350鎂合金在溫度350℃-450℃，應(yīng)變速率10-4-10-2s-1范圍內(nèi)進(jìn)行高溫拉伸。結(jié)果表明，在高溫拉伸條件下，合金的屈服應(yīng)力和流動應(yīng)力顯

4、著降低，塑性顯著提高。在變形開始階段，應(yīng)力迅速上升，在達(dá)到峰值應(yīng)力后開始下降，逐漸進(jìn)入穩(wěn)態(tài)流動，即表現(xiàn)出了明顯的動態(tài)再結(jié)晶特征。當(dāng)溫度一定時，流變應(yīng)力隨應(yīng)變速率的升高而增大;當(dāng)應(yīng)變速率一定時，流變應(yīng)力隨溫度的升高而減小。結(jié)合擠壓態(tài)MB350的高溫拉伸數(shù)據(jù)，建立了基于雙曲正弦模型的本構(gòu)方程，其中應(yīng)力指數(shù)n=3.286，激活能Q=238KJ/mol，經(jīng)檢驗該本構(gòu)方程的平均誤差為4.86％。
　　鑄態(tài)KBM10鎂合金高溫壓縮實驗得出該材

5、料的壓縮流變曲線，材料流動應(yīng)力隨溫度升高和應(yīng)變速率的降低而降低，為正應(yīng)變速率敏感材料。利用Deform-3D軟件對尺寸為Φ305×193mm的KBM10鎂合金進(jìn)行三維成型數(shù)值模擬，通過四道次模擬壓縮，材料形狀由圓柱體變?yōu)殚L方體，形狀及尺寸均滿足車鉤模鍛所需。
　　結(jié)合現(xiàn)有實驗條件，進(jìn)行了多向鍛造工藝優(yōu)化，得到性能優(yōu)異的車鉤預(yù)鍛件，其抗拉強度為255MPa，屈服強度為130MPa，延伸率為6％。將熱加工的安全工藝參數(shù)應(yīng)用于KBM10