镁合金铸锻复合成形组织与性能研究

论文摘要

为了认识镁合金在铸锻复合成形工艺条件下的组织/性能形成规律及其调控方法,本文采用工艺性能理想、具有经济效益高、综合机械性能优异的AZ81镁合金为对象,通过观察该合金在铸锻复合成型工艺下的组织、性能演化,分析其铸态组织的模压变形行为,建立等温变形本构模型,研究应变量和稀土合金化对组织性能形成的影响,为铸锻复合成形工艺的应用奠定坚实的实验和理论基础。本文利用差热分析、热模拟实验、XRD、OM、SEM、EBSD等分析手段,系统地研究了AZ81及AZ81E镁合金的挤压铸造及均匀化工艺,高温压缩变形、模锻（压）及后续热处理的力学行为与组织演变规律。主要研究结果如下:1.以AZ81合金为基础开发挤压铸造坯,添加稀土元素RE形成新的稀土镁合金（AZ81E）,添加稀土元素MM形成稀土化合物主要分布在晶界处,二次相增多,晶粒尺寸减小,力学性能明显提高。2.为了改善镁合金的塑性变形性能,系统研究了均匀化处理工艺对镁合金变形性能的影响,得到AZ81和AZ81E两种材料的最佳处理工艺参数参数均为400℃/8h±2h。3.研究了温度340～430℃及应变速率为0.003～3.0s-1条件下挤压铸造AZ81及AZ81E镁合金的流动应力变化规律,引入Zener-Hollomon参数建立了AZ81及AZ81E镁合金的流动应力数学模型:a) AZ81合金的流动应力峰值与Z参数关系: AZ81合金发生动态再结晶峰值应变与Z参数关系:b) AZ81E合金的流动应力峰值与Z参数关系: AZ81E合金发生动态再结晶峰值应变与Z参数关系:4.通过合金的流变应力应变曲线尝试建立AZ81及AZ81E镁合金在0.2～0.8应变量下的塑性加工图,根据加工图确定AZ81合金的最佳热加工条件为360～380℃和0.03 S-1,AZ81E合金的最佳热加工条件为380～400℃和0.03 S-1;利用硬化率曲线分析最佳加工条件下发生动态再结晶（DRX）的临界应力、峰值应力、饱和应力及再结晶开始点。5.引入Zener-Hollomon参数来分析温度和应变速率对镁合金热变形组织的影响。再结晶平均晶粒尺寸与变形条件之间的关系为:6.采用AZ81及AZ81E合金挤压铸坯制备模压试样,系统的分析不同变形量下模压试样的力学性能变化以及合金显微组织、取向织构的演变规律。后续时效热处理对合金力学性能和β相析出机制的影响规律。上述研究结果为高性能低成本镁合金构件的生产提供可靠的理论基础及参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 镁合金的特点
• 1.1.2 镁合金的应用现状
• 1.1.3 镁合金的成形技术
• 1.2 镁合金锻造成形技术的研究
• 1.2.1 镁合金塑性变形的机理
• 1.2.2 镁合金锻造成形工艺
• 1.2.3 镁合金铸锻复合成形工艺的提出
• 1.2.4 变形稀土镁合金的研究进展
• 1.3 本文的研究目的、主要内容和技术路线
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 主要内容
• 1.3.3 技术路线
• 2 稀土镁合金挤压铸造坯的制备及强化机理
• 2.1 挤压铸造稀土镁合金强化机理
• 2.2 稀土镁合金挤压铸造实验合金
• 2.2.1 合金成分设计
• 2.2.2 实验用原材料
• 2.2.3 挤压铸造工艺
• 2.3 合金挤压铸造坯成分及物相分析
• 2.3.1 合金成份分析
• 2.3.2 合金XRD 物相分析
• 2.4 挤压铸造镁合金的组织与性能分析
• 2.4.1 显微组织分析
• 2.4.3 力学性能分析
• 2.4.4 合金断口SEM 分析
• 2.5 本章小结
• 3 镁合金的均匀化处理工艺研究
• 3.1 引言
• 3.2 均匀化处理工艺的确定
• 3.2.1 均匀化过程中的扩散动力学理论
• 3.2.2 均匀化处理的工艺参数及方法
• 3.3 均匀化处理工艺对AZ81 镁合金的影响
• 3.3.1 均匀化处理工艺对组织的影响
• 3.3.2 均匀化处理对合金力学性能的影响
• 3.4 均匀化处理工艺对AZ81E 镁合金的影响
• 3.4.1 均匀化处理工艺对组织的影响
• 3.4.2 均匀化处理对合金力学性能的影响
• 3.5 本章小结
• 4 挤压铸造镁合金热压缩中变形行为及本构模型
• 4.1 引言
• 4.2 高温压缩实验制备方法
• 4.2.1 压缩试样及设备
• 4.2.2 试验方法
• 4.3 AZ81 热压缩过程的热变形机理分析
• 4.3.1 AZ81 合金的热变形行为
• 4.3.2 AZ81 合金的力学本构模型确立
• 4.3.3 AZ81 合金加工图的构建
• 4.3.4 AZ81 最佳加工条件的再结晶机制分析
• 4.4 AZ81E 热压缩过程的热变形行为分析
• 4.4.1 热压缩流变应力-应变曲线
• 4.4.2 AZ81E 合金的力学本构模型确立
• 4.4.3 AZ81E 合金加工图的构建
• 4.4.4 AZ81E 最佳加工条件的再结晶机制分析
• 4.5 本章小结
• 5 挤压铸造镁合金的热压缩组织研究
• 5.1 引言
• 5.2 AZ81 镁合金压缩变形组织的演变机理
• 5.2.1 温度对变形组织的影响
• 5.2.2 应变速率对变形组织的影响
• 5.2.3 变形率对变形组织的影响
• 5.2.4 晶粒尺寸与Z 参数的关系
• 5.3 AZ81E 镁合金压缩变形组织的演变机理
• 5.3.1 温度对变形组织的影响
• 5.3.2 应变速率对变形组织的影响
• 5.3.3 变形率对变形组织的影响
• 5.3.4 晶粒尺寸与Z 参数的关系
• 5.4 本章小结
• 6 挤压铸坯模压态的力学行为及组织演变
• 6.1 引言
• 6.2 模压试样的制备
• 6.3 模压试样力学性能的分析
• 6.3.1 AZ81 合金模压态的力学性能分析
• 6.3.2 AZ81E 合金模压态力学性能分析
• 6.4 模压试样的显微组织演变
• 6.4.1 AZ81 合金模压态的显微组织演变
• 6.4.2 AZ81 合金模压态的XRD 及SEM 分析
• 6.4.3 AZ81 合金模压态的EBSD 分析
• 6.4.4 AZ81E 合金模压态的显微组织演变
• 6.4.5 AZ81E 合金模压态的XRD 及SEM 分析
• 6.4.6 AZ81E 合金模压态的EBSD 分析
• 6.5 本章小结
• 7 时效处理对镁合金模压试样组织和性能影响
• 7.1 引言
• 7.2 时效析出机理及工艺设计
• 7.2.1 时效热处理时效析出转变机理
• 7.2.2 时效热处理的工艺过程设计
• 7.3 合金时效处理的力学性能研究
• 7.3.1 AZ81 合金时效处理的性能分析
• 7.3.2 AZ81E 合金时效处理的性能分析
• 7.4 合金180℃时效处理的组织演变
• 7.4.1 AZ81 合金时效处理的组织研究
• 7.4.2 AZ81E 合金时效处理的组织研究
• 7.5 本章小结
• 8 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A.攻读博士学位期间发表的论文目录及专利
• B.攻读学位期间主要参与的科研项目