高性能AZ31镁合金薄板生产工艺及组织性能的研究

论文摘要

镁合金是迄今在工程中应用的最轻的结构材料。同时,镁合金具有比强度和比刚度高、减振性能好、电磁屏蔽效果佳等优点,因此在汽车工业、通讯电子、航空航天工业等领域正得到日益广泛的应用。镁资源非常丰富,在许多传统金属矿产资源趋于枯竭的今天,开发镁合金的应用对保持资源的可持续性发展具有战略意义。大多数镁合金具有密排六方结构,压力加工成形性能差,而大多数镁合金又具有良好的铸造性能,使得目前镁合金产品以铸件居多。然而,铸件的力学性能不够理想,导致镁合金的使用受到很大的限制。因此,变形镁合金的研究已成为世界镁工业发展中的重要方向。为了提高AZ31镁合金的综合力学性能,尤其是塑性,本文以实验为基础,选择AZ31镁合金为研究对象,将Φ153mm均匀化处理后的锭坯分别在250℃、300℃和350℃进行挤压,然后分别在330℃和370℃进行轧制和在250℃和400℃进行热处理,通过金相观察、拉伸性能测试、拉伸断口扫描、X射线衍射织构分析,研究了挤压温度、轧制温度和热处理温度对板材力学性能的影响,本文还探讨了冷轧与热轧对镁合金板材力学性能的不同影响,获得了以下结论：1.挤压温度对AZ31镁合金板坯的表面质量及力学性能具有重要影响。当在300℃挤压时,可以得到表面质量优良的板坯,且获得的板材力学性能优良,因此,合适的挤压温度为300℃；2.轧制温度对AZ31镁合金板材的力学性能也有很大影响。当在370℃轧制时,最大道次压下量可达49.14%,所获得的板材晶粒均匀细小,平均晶粒大小为3-4μm,且获得的板材力学性能优良,因此,合适的轧制温度为370℃；3.合适的轧后热处理制度为250℃×20min,热处理后变形过程中所形成的孪晶消失,基本完成再结晶,AZ31镁合金板材的强度有所下降而塑性大幅度提高。抗拉强度由轧制态的305MPa降为热处理后的280MPa（横向）,而延伸率由轧制态的18.24%上升到热处理后的21.37%（横向）；4.通过适当的冷轧工艺及热处理工艺可以大幅度提高AZ31镁合金板材的力学性能。当将2mm厚的AZ31镁合金粗轧板坯冷轧制到0.9mm厚时,AZ31镁合金板材表现出了优良的力学性能,经过250℃×20min热处理后,抗拉强度可达到横向的265MPa和轧向的260MPa,延伸率可达到横向的30.08%和轧向的27.36%；5.AZ31镁合金在不同轧制方式下（冷轧和热轧）形成了不同的织构类型,在冷轧板材中,织构强度较弱,主要有（0117）[0772]（90°,15°,0°）、和（1129）[1239]（75°,20°，30°）织构；在热轧板材中,织构为以基面织构为主的较强板织构。冷轧板材的织构中形成双峰特征,反映出合金的不同变形机制。冷轧具有改变织构主要组分、弱化织构强度的作用,理论上表明冷轧可以提高镁合金板材的成形性能；经过热处理后,AZ31镁合金板材的主要织构组分不变,但强度下降；6.晶粒尺寸、孪晶和织构是影响AZ31镁合金板材强度、塑性和各向异性的重要因素,通过控制轧制、热处理等工艺,可以改变晶粒尺寸、孪晶和织构,达到在保证强度的前提下,提高塑性、降低各向异性的目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 镁及镁合金的基本特性
• 1.3 镁及镁合金的塑性变形机制
• 1.3.1 滑移
• 1.3.2 交滑移
• 1.3.3 孪生
• 1.4 Mg-Al-Zn系变形镁合金AZ31
• 1.4.1 AZ31镁合金组织研究
• 1.4.2 AZ31镁合金中的合金元素及其影响
• 1.5 镁合金的塑性加工
• 1.5.1 AZ31镁合金的挤压
• 1.5.2 AZ31镁合金的轧制
• 1.5.3 AZ31镁合金的冷轧
• 1.6 镁合金的静态再结晶与动态再结晶
• 1.6.1 镁合金的静态再结晶
• 1.6.2 镁合金的动态再结晶
• 1.7 镁及镁合金织构的研究
• 1.8 本研究的目的、意义
• 1.9 本研究的主要内容
• 第2章 实验材料、设备及方法
• 2.1 本文的工艺流程
• 2.2 AZ31镁合金的熔炼
• 2.3 AZ31镁合金的挤压
• 2.3.1 挤压设备
• 2.3.2 挤压工艺参数的确定
• 2.4 AZ31镁合金的热轧
• 2.4.1 热轧设备
• 2.4.2 热轧工艺参数的确定
• 2.5 镁合金的冷轧
• 2.6 镁合金的热处理
• 2.7 AZ31镁合金板材力学性能的测定
• 2.8 金相显微组织观察
• 2.8.1 金相显微组织观察
• 2.8.2 断口扫描
• 2.8.3 晶粒尺寸的测定
• 2.8.4 X-射线衍射测定织构
• 第3章 挤压-粗轧对AZ31镁合金组织和性能的影响
• 3.1 AZ31镁合金的铸态组织
• 3.2 AZ31镁合金挤压板坯显微组织及挤压温度对板材力学性能的影响
• 3.2.1 挤压温度对挤压板坯表面质量影响
• 3.2.2 挤压温度对挤压板坯力学性能的影响
• 3.2.3 挤压后板坯的微观组织
• 3.3 AZ31镁合金粗轧板材的组织与性能
• 3.3.1 粗轧温度对热轧板材力学性能的影响
• 3.3.2 粗轧后板材的微观组织
• 3.4 分析与讨论
• 第4章 精轧及热处理对AZ31镁合金组织和性能的影响
• 4.1 热轧及热处理对AZ31镁合金板材组织和性能的影响
• 4.1.1 热轧及热处理对板材显微组织的影响
• 4.1.2 热轧及热处理对板材力学性能的影响
• 4.1.3 断口分析
• 4.2 冷轧及热处理对AZ31镁合金板材组织和性能的影响
• 4.2.1 冷轧板材表面质量
• 4.2.2 冷轧及热处理对板材显微组织及力学性能的影响
• 4.2.3 断口分析
• 4.3 分析与讨论
• 第5章 AZ31镁合金板材中的织构
• 5.1 镁合金的织构
• 5.1.1 六方晶系材料织构的分析方法
• 5.1.2 六方系材料的织构
• 5.1.3 影响镁合金织构的基本因素
• 5.2 AZ31镁合金板材中的织构
• 5.2.1 2mm厚AZ31镁合金热轧板材中的织构
• 5.2.2 0.6mm厚AZ31镁合金板材中的织构
• 5.3 分析与讨论
• 第6章 综合分析:AZ31镁合金板材显微组织与力学性能的关系
• 6.1 显微组织对AZ31镁合金板材强度及塑性的影响
• 6.1.1 晶粒尺寸对AZ31镁合金板材强度及塑性的影响
• 6.1.2 孪晶对AZ31镁合金板材强度及塑性的影响
• 6.1.3 织构对AZ31镁合金板材强度及塑性的影响
• 6.2 显微组织对AZ31镁合金板材各向异性的影响
• 6.2.1 晶粒尺寸对AZ31镁合金板材各向异性的影响
• 6.2.2 织构对AZ31镁合金板材各向异性的影响
• 6.3 分析与讨论
• 第7章 结论
• 参考文献
• 致谢