AZ31镁合金等通道转角挤压组织性能的研究

论文摘要

镁合金是目前工业应用中最轻的工程材料,其晶体结构属于密排六方结构,室温和低温下塑性比较低,为了提高镁合金的力学性能,细化晶粒是一种比较好的途径。近年来,等通道转角挤压（Equal Channel Angular Pressing,简称ECAP）技术日益受到各国研究人员的重视,ECAP用于铝、铜合金、碳钢等都能获得亚微米级或纳米级的超细晶结构,但是该技术对密排六方结构的镁合金的研究相对较少。本文主要研究了ECAP工艺参数对AZ31镁合金微观组织和力学性能的影响,并且通过研究在变形过程中的演化规律,提出一种较合理的镁合金变形机制。通过对不同变形路径、道次、温度、模具转角等工艺参数下AZ31镁合金微观组织的研究和力学性能的测试,总结了各工艺参数对镁合金组织性能的影响规律。结果表明:Bc路径晶粒细化效果较好,晶粒分布也比较均匀;镁合金晶粒尺寸随变形道次增加逐渐降低,6道次后晶粒尺寸趋于稳定,平均晶粒尺寸约为2.1μm;变形温度越低,晶粒尺寸越小,晶粒细化效果越好;试样的宏观硬度值随变形道次增加,有显著提高,3道次后达到最大值90.81MPa,随后硬度变化趋于稳定;镁合金随变形道次增加,屈服强度和抗拉强度逐渐降低,延伸率持续增加;拉伸断口呈韧窝状断口,随着晶粒细化,韧窝尺寸减小,韧窝数量增多。ECAP变形过程组织演化规律的实验结果表明:试样截面靠近拐角内侧和拐角外侧的晶粒细化程度不同,拐角内侧晶粒细化程度较明显,造成组织非常不均均匀,随着变形道次增加,晶粒尺寸逐渐降低,组织也趋于均匀;AZ31镁合金ECAP变形是先经历压缩变形后发生剪切变形,晶界处首先再结晶,随后延伸到晶粒里;镁合金细化机理主要为动态再结晶细化和晶内细化两种机制,当晶粒细化到一定程度,晶粒将不再细化。利用Deform软件对镁合金ECAP变形有限元分析,进一步了解镁合金ECAP的变行行为。结果表明:载荷-行程曲线分为三个阶段:迅速增长阶段、载荷缓慢增长阶段、载荷平稳阶段;等效应力主要集中在拐角及其附近,越靠近拐角内侧等效应变速率越大;等效应变分布比较复杂,试样的头部和尾部变形较为复杂,试样中部应变分布较为规律,从试样中部横截面应变分布来看,等效应变沿拐角内侧-外侧方向分布不均匀。通过数值模拟结果和变形后试样的形貌及微观组织进行对照,验证了模拟的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 镁合金的物理特性和发展前景
• 1.2 镁合金的塑性变形特点
• 1.2.1 镁合金滑移变形
• 1.2.2 镁合金孪生变形
• 1.3 ECAP 的变形工艺
• 1.3.1 ECAP 变形原理
• 1.3.2 工艺因素对ECAP 变形的影响
• 1.3.3 ECAP 晶粒细化机制
• 1.3.4 ECAP 对镁合金组织性能影响
• 1.4 本课题主要研究的内容
• 第2章 实验方法
• 2.1 实验方案设计
• 2.1.1 试样材料及尺寸
• 2.1.2 ECAP 挤压模的设计
• 2.2 ECAP 变形实验
• 2.2.1 ECAP 变形试验流程
• 2.2.2 铅试样的制作
• 2.2.3 确定加热速度及保温时间
• 2.2.4 润滑剂的选择
• 2.2.5 试样截取部位选择
• 2.3 实验分析方法
• 2.3.1 金相显微组织的观察及晶粒尺寸的测定
• 2.3.2 硬度试验
• 2.3.3 室温拉伸试验
• 2.3.4 扫描电镜分析
• 2.3.5 X 衍射分析
• 第3章 ECAP 工艺参数对AZ31 镁合金组织性能的影响
• 3.1 AZ31 镁合金微观组织分析
• 3.1.1 变形路径对AZ31 镁合金显微组织观察及分析
• 3.1.2 变形道次和模具结构对AZ31 镁合金挤压后组织的影响
• 3.1.3 变形温度对AZ31 镁合金挤压后组织的影响
• 3.2 AZ31 镁合金ECAP 变形晶面取向分析
• 3.3 ECAP 变形对AZ31 镁合金力学性能影响
• 3.3.1 宏观硬度
• 3.3.2 室温拉伸性能
• 3.3.3 拉伸断口分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 AZ31 镁合金ECAP 组织演变的分析
• 4.1 镁合金变形过程不均匀分析
• 4.1.1 A 路径1-4 道次不同区域的显微组织分析
• 4.1.2 不同区域力学性能变化的规律
• 4.2 镁合金ECAP 变形过程组织演变分析
• 4.2.1 不同区域的显微组织观察
• 4.2.2 不同区域的显微硬度值变化
• 4.3 分析与讨论
• 4.3.1 X 衍射分析
• 4.3.2 AZ31 镁合金ECAP 细化机理
• 4.4 本章小结
• 第5章 模拟实验结果与分析
• 5.1 Deform 有限元分析
• 5.1.1 Deform 软件的概述
• 5.1.2 Deform-3D 软件分析的基本流程
• 5.1.3 模拟参数的选取
• 5.2 模拟结果分析
• 5.2.1 载荷-行程曲线变化规律
• 5.2.2 等效应力
• 5.2.3 应变速率
• 5.2.4 等效应变
• 5.3 分析与讨论
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间的研究成果
• 致谢