mgal合金晶粒细化、热变形行为及加工工艺的研究

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1、Mg—AI合金晶粒细化、热变形行为及加工工艺的研究摘要镁合金具有优良的物理和力学性能，在航空航天、汽车、电子器件等行业上的应用有广阔的前景。与压铸镁合金相比，变形镁合金具有更高的强度、延展性和多样化的力学性能，可以满足作为结构件的要求。目前，国内外变形镁合金的应用研究尚处于起步阶段，变形镁合金制品的生产成本仍然较高，变形镁合金的相关成型技术还不成熟。本文的研究集中在低成本的商用Az3l合金和新型可成形性能良好的变形镁合金的开发，通过Mg-AI系合金的晶粒细化进一步提高其可成形性能，在热变形行为的研究基础之上，对Mg—AI系合金在挤压过程中的组织进行控制，以期

2、得到具有优良综合力学性能的镁合金管材。本文采用光学显微镜(oM)，X射线衍射仪(XRD)，扫描电子显微镜(SEM)等分析手段，通过正交试验调整Mg．A1系合金中Al、zn和Mn的元素含量，获得了一种低成本、具有较高室温延伸率的Mg．AI系变形镁合金一Mg．3AI．0．4Mn(AM30)合金；研究了Ti和Sr元素对AZ31和AM30合金显微组织和力学性能的影响规律以及Ti、Sr元素的晶粒细化机制；研究了低频电磁半连续铸造工艺参数(频率和电流)对AZ3l和AM30合金显微组织和力学性能的影响规律，制备出晶粒细小(<500m)且分布均匀的m100mm镁合金半连续锭

3、坯；利用等温热压缩试验，获得了铸态低频电磁半连续铸造AZ3l和AM30合金的流动应力一应变曲线，结合本构方程和动态材料模型(DMM)构建出两种合金的挤压极限图和加工图，并且研究了在变形过程中两种合金的热变形行为和显微组织演变以及动态再结晶(DRX)机制；通过实际管材的热挤压试验，验证了两种合金的挤压极限图和加工图的正确性，研究结果表明：通过对正交试验变形Mg．A1．Zn合金晶粒尺寸、冲击韧性和力学性能的研究，获得了一种低成本、具有较高室温延伸率的变形AM30合金，并且在挤压过程中细小的AI．Mn相阻止了DRX晶粒的长大，使得AM30合金对挤压温度和挤压速度均

4、不敏感，适于进行高速挤压。对于AZ31-xTi合金，在同一冷却速度下，随着面含量的增加，合金的晶粒尺寸呈先减小而后增加的趋势，Ti的加入量为0．0025wt％时，其细化效果最佳，AZ31合金的晶粒尺寸由1100a：1201ma减d,N120a：iojxrn。Ti元素晶粒细化由生长限制因子(GRF)机制控制。对于AZ31．xSr合金，在同一冷却速度下，随着Sr含量的增加，合金的晶粒尺寸呈先减小而后增加，最后又减小的趋势，Sr的加入量为0．081wt％时，其细化效果最佳，AZ3l合金的晶粒尺寸由1100-a：1201xm减d,N180a：30肛rn。Sr元素晶粒

5、细化由GRF机制和第二相颗粒阻碍晶粒长大机制控制。施加低频电磁场以后，Az31和AM30合金中心部位的晶粒显著细化，可以获得晶粒为30-a=10pm的半连续铸锭，最佳的工艺参数：频率为30Hz，电流为80~120A。采用双曲正弦关系可以描述所有应力下AZ31和AM30合金的流动应力、应变速率和变形温度之间的相互关系，求得的材料常数如下：a)AZ31合金：应变硬化指数n=6．43，变形激活能Q—i40kJ／mol，流动应力峰值与Z参数之间的关系为：ln[sinh(a％)】=-5．52281+0．160721nZ。”AM30合金：应变硬化指数n=4．89，变形激

6、活能Q=136kJ／mol，流动应力峰值与z参数之间的关系为：ln[sinh(aop)】=一7．46888+0．2104llnZ。提出了一个用于描述AZ31和AM30合金高温热变形过程中流动应力与应变量、应变速率和变形温度之间的关系模型：盯=exp[A(E)+B(6)T】，其中A和B与应变量呈三次样条函数关系。采用以上模型可以计算给定任何应变速率和变形温度下的流动应力一应变曲线。根据校正后的峰值应力。口和温度补偿的应变速率因子z的关系，以及结合挤压力计算公式：P=a(o．171+1．861nR+4mlb／唬√3)和温升计算公式：△r=aln2／,f3pC。，

7、构建出AZ31和AM30合金的挤压极限图，并且计算出在挤压过程中铸锭的实际挤压温度，AZ31和AM30合金的挤压极限图对比结果表明，AM30合金的可挤压性能优于AZ31合金。．AZ31合金的加工图为单域—_DRX域，最佳热加工条件为500℃，O．001s．1，对应的峰值能量耗散效率为34％。失稳区域随着应变量的增大呈增大趋势。造成AZ31合金失稳的主要原因是在变形过程中局部流变现象的出现以及由再结晶区域所诱发的裂纹。在最佳热加工条件(500"C，O．001s"1)下，新界面形成率小于界面迁移率控制着在最佳热加工条件下的DRX过程，最终导致DRX晶粒随着应变量

8、的增大而显著长大。AM30合金的加工图为双域，最佳热