等温热处理对挤压态变形镁合金组织和性能的影响

论文摘要

镁合金是最轻的一类金属结构材料，因镁的密排六方结构导致了镁合金的室温塑性低，成型能力差，限制了变形镁合金的工业应用。目前热处理细化晶粒成为提高镁合金塑性的一种有效手段，但是研究工作多集中在铸造态镁合金，关于挤压态镁合金型材的研究很少。挤压态镁合金型材应用日益广泛，同时要求型材的后续塑性加工能力越来越高。因挤压态镁合金型材有其独特的组织特点，故研究热处理工艺对其组织和性能的影响具有特别重要的意义。本论文以典型的挤压态AZ31管材作为实验材料，对其进行等温热处理实验和力学性能测试，为通过等温热处理方法提高管材的后续塑性加工能力奠定工艺理论基础和技术指导。对取自挤压成型的AZ31管材的试样分别按不同工艺进行等温热处理，实验主要影响因素包括加热速度(10℃／min、20℃／min、30℃／min、40℃／min)、保温温度(240℃、260℃、280℃、300℃、320℃、340℃)、保温时间(15min、30min、60min、90min、120min)和冷却方式(随炉冷、空冷、冷水、热水)；等温热处理结束后观察微观组织，测量晶粒尺寸和硬度变化，找到等温热处理时对晶粒细化效果影响显著的条件，确定晶粒最佳细化效果的热处理工艺；然后按照国家标准对管材进行力学性能测试。研究结果表明：挤压成型的AZ31镁合金管材组织中存在变形程度很大的孪晶、大尺寸晶粒、丧失了进一步变形能力的条带状组织等易导致后续塑性加工时变形不均，引起断裂的组织缺陷；采用最佳等温热处理工艺以20℃／min加热至300℃保温30min后空冷处理可以使试样平均晶粒直径从挤压态的50μm细化为19μm，同时基本消除上述组织缺陷；明显影响热处理效果的因素为保温温度、保温时间、冷却方式；室温下，采用最佳工艺热处理前后管材弧形试样的单向拉伸伸长率由10.8％提高至20.1％，管件的自由胀形极限伸长率由8.0％提高至14.9％。实验结果证明本论文得到的最佳等温热处理工艺可以明显改善挤压态镁合金管材的组织结构，有效提高管材塑性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 镁及镁合金简介
• 1.1.1 镁的基本特性
• 1.1.2 镁合金的应用及研究现状
• 1.1.3 镁合金的标记方法及分类
• 1.2 镁合金管材的生产工艺及组织
• 1.2.1 镁合金挤压成型
• 1.2.2 管材的分流挤压生产工艺
• 1.2.3 挤压态管材组织
• 1.3 传统的镁合金热处理
• 1.3.1 提高镁合金塑性的意义和方法
• 1.3.2 传统镁合金热处理原理及分类
• 1.4 镁合金型材热处理国内外研究现状
• 1.5 课题的提出及本论文研究内容
• 第二章 实验方案的设计与实施
• 2.1 主要工作内容
• 2.2 实验材料及设备
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 实验设备
• 2.3 实验过程
• 2.3.1 取样与等温热处理
• 2.3.2 组织观察与晶粒度测定
• 2.3.3 管材力学性能测试
• 第三章 等温热处理对材料组织的影响
• 3.1 实验用管材组织特点
• 3.2 空冷条件下等温热处理组织
• 3.3 随炉冷条件下等温热处理组织
• 3.4 冷水冷条件下等温热处理组织
• 3.5 热水冷条件下等温热处理组织
• 3.6 不同加热速度条件下等温热处理组织
• 3.7 小结
• 第四章 力学性能测试
• 4.1 弧形试样单向拉伸实验结果与分析
• 4.2 管材自由胀形实验结果与分析
• 第五章 镁合金的晶粒细化及变形机理
• 5.1 等温热处理过程中的晶粒细化
• 5.1.1 镁合金的晶粒细化
• 5.1.2 等温热处理过程的再结晶分析
• 5.2 镁合金的塑性变形及断裂机制
• 5.2.1 滑移机制
• 5.2.2 孪生机制
• 5.2.3 细晶镁合金晶界滑动变形机制
• 5.2.4 镁合金的塑性变形断裂机制
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
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