AZ31镁合金双侧变通道角挤压—冷轧二次变形工艺及组织性能研究

论文摘要

在等通道角挤压(ECAE)基础上,开发设计了一种新的变通道角挤压技术(Change Channel Angle Extrusion, CCAE),并在此基础上加入轧制工艺,制定出CCAE变形——中间退火——冷轧——最终退火这一工艺流程。本文对AZ31镁合金进行两次塑性变形试验,试寻求能够优化AZ31镁合金性能的较佳工艺路线。论文选取应用较为广泛的AZ31镁合金作为研究对象。采用金相显微分析、显微力学测试、力学性能测试等手段,对各个变形阶段中,试样的显微组织变化及力学性能变化作了观测与分析。具体包括:CCAE温度对试样成型区的影响,CCAE变形过程中试样显微组织演变情况,CCAE态试样室温力学性能;中间退火处理中,退火温度对CCAE态试样显微组织与室温力学性能的影响;冷轧变形量对CCAE退火冷轧态试样显微组织及力学性能的影响;最终退火处理中,退火温度、退火时间分别对试样显微组织及室温力学性能的影响。另外,对影响CCAE变形的主要因素作了讨论,并分析了试样冷轧过程中三向变形情况,运用扫描电镜对CCAE态试样及最终退火态试样的断口作了观察,分析其断裂机理。运用JMAK方程对最终退火处理的再结晶过程作了分析。主要结果如下:CCAE变形工艺对AZ31镁合金的晶粒细化效果非常明显,并且该工艺简单生产效率高。但CCAE态试样的显微组织中仍具有明显长条状晶粒,晶粒分布不均匀,其中最高抗拉强度为265MPa,最高屈服强度为167MPa,最大延伸率为14.2%,需要对其作进一步的加工以提高CCAE态试样力学性能。中间退火能够消除CCAE变形后试样产生的长条晶。针对冷轧变形量为15%的试样进行的最终退火处理中,试样最高抗拉强度为286MPa,最高屈服强度为185MPa,最大延伸率为19.8%。CCAE——冷轧工艺中,冷轧变形量15%的AZ31镁合金试样较优变形工艺为:250℃C CAE变形后进行300℃,2h中间退火处理,于室温冷轧变形15%,最后进行250℃下保温2h的最终退火处理。通过经典的动力学公式计算,得到最终退火处理的动力学曲线。与单一的CCAE变形工艺相比,CCAE——冷轧二次变形工艺有效提高了试样的性能。CCAE态镁合金试样的断裂方式为准解理,经二次变形后,最终退火态试样的断裂方式为韧性断裂。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 镁及其合金的性能及应用
• 1.2.1 镁及其合金的性能
• 1.2.2 镁及其合金的应用
• 1.3 AZ31 镁合金的研究
• 1.3.1 合金元素对AZ31 镁合金的影响
• 1.3.2 AZ31 镁合金室温力学性能
• 1.4 镁合金的塑性变形
• 1.4.1 镁合金塑性变形机理
• 1.4.2 镁合金塑性加工技术
• 1.5 等通道角挤压
• 1.5.1 ECAE 工艺
• 1.5.2 ECAE 存在的问题
• 1.6 再结晶退火概述
• 1.6.1 再结晶现象
• 1.6.2 再结晶退火意义
• 1.6.3 再结晶形核与长大
• 1.7 动态再结晶概述
• 1.7.1 动态再结晶现象
• 1.7.2 动态再结晶意义
• 1.7.3 动态再结晶的形核机制
• 1.8 课题的目的和意义
• 1.9 课题的主要研究内容
• 2 试验内容
• 2.1 试验方案
• 2.2 试验材料
• 2.3 模具设计
• 2.4 CCAE 变形工艺流程
• 2.5 冷轧变形试验
• 2.6 中间退火试验
• 2.7 最终退火试验
• 2.8 试验测试分析方法
• 2.8.1 金相组织观察
• 2.8.2 显微硬度测定
• 2.8.3 再结晶晶粒分数测定
• 2.8.4 力学性能测试
• 2.8.5 扫描电镜观察
• 3 AZ31 镁合金 CCAE 变形工艺
• 3.1 CCAE 变形AZ31 镁合金的显微组织演变及分析
• 3.1.1 板材C 区显微组织演变及分析
• 3.1.2 不同区域显微组织演变及分析
• 3.2 CCAE 变形后AZ31 的力学性能
• 3.2.1 室温拉伸性能测试
• 3.2.2 断口形貌
• 3.3 影响CCAE 变形的主要因素
• 3.3.1 金属的强度
• 3.3.2 摩擦
• 3.3.3 模具内角
• 3.3.4 预热温度
• 3.3.5 挤压温度
• 3.3.6 挤压比
• 3.3.7 挤压速度
• 3.3.8 Zener-Hollomon 参数
• 3.4 变通道角挤压工艺的特点
• 3.5 CCAE 变形镁合金退火热处理工艺
• 3.5.1 CCAE 退火态试样的显微组织
• 3.5.2 CCAE 退火态试样的力学性能
• 3.6 本章小结
• 4 CCAE 退火态试样冷轧工艺
• 4.1 轧前热处理
• 4.2 变形量对CCAE 退火冷轧态试样组织与性能的影响
• 4.2.1 变形量对试样显微组织的影响
• 4.2.2 变形量对试样力学性能的影响
• 4.3 冷轧过程中试样的变形
• 4.3.1 冷轧时试样高向的变形
• 4.3.2 冷轧时试样纵向的变形
• 4.3.3 冷轧时试样横向的变形
• 4.4 CCAE 退火态试样冷轧的特点
• 4.5 本章小结
• 5 轧后退火工艺
• 5.1 退火处理对冷轧态试样组织的影响
• 5.1.1 退火温度对试样显微组织的影响
• 5.1.2 退火时间对试样显微组织的影响
• 5.2 退火处理对冷轧态试样力学性能的影响
• 5.2.1 退火温度对试样力学性能的影响
• 5.2.2 退火时间对试样力学性能的影响
• 5.2.3 冷轧退火态试样断口形貌
• 5.3 轧后退火工艺的再结晶动力学
• 5.3.1 200℃退火试样再结晶动力学分析
• 5.3.2 退火再结晶激活能与动力学曲线
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录