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等通道角挤压变形镁合金微观组织与力学性能研究

2020-11-22阅读(517)

等通道角挤压变形镁合金微观组织与力学性能研究

论文摘要

镁合金是很有吸引力的最轻的一类金属结构材料,它们在汽车、机车和航空工业上的应用有广阔的前景。镁是密排六方结构,只有有限的滑移系,又缺乏有效的强化相,限制了镁合金比强度的大幅度提高。目前细化晶粒成为优先考虑用来提高镁合金强度和塑性的一种有效手段,已有的研究表明,等通道角挤压工艺（ECAE）容易实现深度塑性变形。经ECAE变形后镁合金的延伸率提高,但合金的强度却明显降低,综合提高镁合金的强韧性依然非常困难。另外,对ECAE变形过程中Mg-Al-Zn镁合金金的微观组织演变及晶粒细化机制的研究也比较薄弱,而对ECAE变形后细晶粒镁合金的室温变形机制的理解也不够清晰。本文旨在研究ECAE变形过程中Mg-Al-Zn系镁合金的微观组织演变和变形后合金力学性能。重点讨论ECAE变形过程中合金的晶粒细化机制,变形后合金的室温变形及断裂机制,以及第二相粒子对微观组织演变及力学性能的影响,以期提出改善Mg-Al-Zn系镁合金室温强韧性的有效方法及理论。为此,选取了应用比较广泛的挤压态Mg-Al-Zn系列镁合金,AZ31、AZ61及AZ91合金作为研究对象。采用金相显微分析（OM）手段以及室温静态拉伸测试,探讨了Mg-Al-Zn系镁合金室温强韧性与晶粒大小、ECAE变形工艺之间的关系,寻求改善合金强韧性的有效途径;采用OM、扫描电子显微镜（SEM）、电子背散射技术（EBSD）以及透射电子显微术（TEM）从不同尺度分析了ECAE变形过程中镁合金的组织演变规律,探讨了ECAE变形过程中Mg-Al-Zn系镁合金的晶粒细化机制;采用X射线衍射技术分析了ECAE变形过程中织构的演变,讨论了织构对镁合金力学性能的影响;采用原位拉伸-SEM分析方法研究了镁合金在室温拉伸变形过程中的组织演变,讨论了合金室温变形行为。通过对比AZ31、AZ61和AZ91合金ECAE变形后的微观组织和力学性能,分析讨论了第二相粒子对ECAE变形过程中组织演变和变形后合金力学性能的影响。结合微观组织分析与力学性能结果综合讨论了影响镁合金室温强韧性的关键因素。取得如下结果:AZ31镁合金经ECAE变形后,镁合金晶粒明显细化。变形后合金室温延伸率随晶粒细化而提高,但合金的屈服强度随晶粒细化而降低,与Hall-Petch关系的趋势

论文目录

  • 摘 要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 镁合金的物理性能和应用
  • 1.1.1 镁合金的物理性能
  • 1.1.2 镁合金的应用前景
  • 1.1.3 变形镁合金
  • 1.2 晶粒细化的方法
  • 1.2.1 热机械控制
  • 1.2.2 粉末冶金
  • 1.2.3 快速凝固
  • 1.2.4 深度塑性变形
  • 1.3 ECAE 变形工艺
  • 1.3.1 镁合金ECAE 挤压模和挤压路线的设计
  • 1.3.2 累积变形程度的计算
  • 1.3.3 ECAE 变形过程中微观组织演变
  • 1.3.4 ECAE 变形过程中织构演变
  • 1.3.5 ECAE 变形后合金的力学性能
  • 1.4 镁合金室温变形机制
  • 1.5 选题意义及研究内容
  • 参考文献
  • 第二章 实验方法
  • 2.1 合金制备
  • 2.1.1 原材料
  • 2.1.2 合金的熔炼及浇注
  • 2.1.3 挤压工艺
  • 2.2 ECAE 变形
  • 2.3 力学性能测试
  • 2.4 微观组织分析
  • 2.4.1 金相组织分析
  • 2.4.2 扫描电镜分析
  • 2.4.3 透射电镜分析
  • 2.4.4 EBSD 分析
  • 2.5 变形行为研究－原位SEM 分析
  • 2.6 织构分析
  • 参考文献
  • 第三章 ECAE 变形AZ31 镁合金的晶粒大小与力学性能
  • 3.1 引言
  • 3.2 AZ31 镁合金ECAE 变形
  • 3.3 变形温度对ECAE 变形后AZ31 镁合金力学性能的影响
  • 3.4 变形程度对AZ31 镁合金力学性能的影响
  • 3.5 变形温度及变形程度对合金晶粒大小的影响
  • 3.6 两步ECAE 变形工艺
  • 3.7 屈服强度与晶粒度的关系
  • 3.8 小结
  • 参考文献
  • 第四章 ECAE 变形过程中AZ31 镁合金微观组织演变及晶粒细化机制
  • 4.1 引言
  • 4.2 ECAE 变形过程中微观组织的演变
  • 4.2.1 晶粒大小、形貌和取向分布演变
  • 4.2.2 晶粒间的位向差演变
  • 4.3 两步ECAE 变形过程中AZ31 合金的微观组织演变
  • 4.4 讨论
  • 4.4.1 ECAE 变形过程中AZ31 镁合金晶粒细化机制
  • 4.4.2 变形温度对晶粒细化的影响
  • 4.5 小结
  • 参考文献
  • 第五章 AZ31 镁合金ECAE 变形过程中的织构演变以及对其力学性能的影响
  • 5.1 引言
  • 5.2 ECAE 变形过程中AZ31 镁合金的织构演变
  • 5.3 变形温度对织构演变的影响
  • 5.4 AZ31 镁合金中织构与力学性能的关系
  • 5.5 小结
  • 参考文献
  • 第六章 AZ31 合金室温变形行为研究
  • 6.1 引言
  • 6.2 AZ31 合金室温拉伸过程中微观组织演变
  • 6.3 ECAE 变形态AZ31 合金室温拉伸形变时的晶界滑移现象
  • 6.4 晶界滑移（GBS）对合金室温力学性能影响
  • 6.5 小结
  • 参考文献
  • 第七章 第二相粒子对ECAE 变形Mg-Al-Zn 镁合金微观组织和力学性能的影响
  • 7.1 引言
  • 7.2 ECAE 变形前后AZ61 和AZ91 合金的力学性能
  • 7.2.1 变形温度及变形程度对AZ61 合金力学性能的影响
  • 7.2.2 两步ECAE 工艺变形后AZ61 合金的力学性能
  • 7.2.3 变形温度及变形程度对AZ91 合金力学性能的影响
  • 7.3 ECAE 变形过程中AZ61 合金的微观组织演变
  • 7.3.1 ECAE 变形前后AZ61 合金的金相组织变化
  • 7.3.2 ECAE 变形前后AZ61 合金的SEM 组织分析
  • 7.3.3 ECAE 变形后AZ61 合金的TEM 组织分析
  • 7.4 ECAE 变形过程中AZ91 合金的微观组织演变
  • 7.4.1 ECAE 变形前后AZ91 合金的金相组织变化
  • 7.4.2 ECAE 变形前后AZ91 合金的SEM 组织变化
  • 7.4.3 ECAE 变形后AZ91 合金的TEM 组织分析
  • 7.5 AZ61 合金室温拉伸断裂行为分析
  • 7.5.1 AZ61 合金断裂后断口附近合金微观组织分析
  • 7.5.2 AZ61 镁合金室温拉伸断裂后断口形貌分析
  • 7.6 AZ91 合金室温拉伸断裂行为分析
  • 7.6.1 AZ91 合金断裂后断口附近合金微观组织分析
  • 7.6.2 AZ91 镁合金室温拉伸断裂后断口形貌分析
  • 7.7 讨论
  • 7.7.1 第二相粒子对ECAE 变形中Mg-Al-Zn 系合金微观组织演变的影响
  • 7.7.2 第二相粒子对ECAE 变形后Mg-Al-Zn 合金力学性能的影响
  • 7.8 小结
  • 参考文献
  • 第八章 影响Mg-Al-Zn 镁合金室温强韧性的关键性因素讨论
  • 8.1 引言
  • 8.2 晶粒度对AZ31 镁合金强韧性的影响
  • 8.3 织构对AZ31 镁合金室温强韧性的影响
  • 8.4 晶界结构对AZ31 镁合金室温强韧性的影响
  • 8.5 第二相及晶粒度对Mg-Al-Zn 系镁合金强韧性影响
  • 8.6 小结
  • 参考文献
  • 第九章 结论
  • 本研究创新点
  • 攻读学位期间发表论文、申请专利和所获奖励
  • 致 谢
  • 上海交通大学 学位论文原创性声明
  • 上海交通大学 学位论文版权使用授权书

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