ZM61镁合金均匀化与热变形行为的研究

论文摘要

随着镁及其合金研究开发与制造技术水平的提高,镁合金的推广呈现高速增长态势,在交通工具、电子、军工等产品上获得越来越广泛的应用。由于镁合金是密排六方结构,滑移少,变形困难,所以镁合金的成形主要是压铸,传统的塑性加工的成形方式较少,但经过塑性加工之后,镁合金在组织性能上,将得到极大的改善。因此,探索和发展镁合金的塑性加工特性,研究适合于镁合金的塑性成形工艺具有非常重要的工程价值和学术意义。本文以自主开发的ZM61镁合金为研究对象,对其锭坯均匀化处理工艺和热变形行为进行研究。采用金相、扫面电镜及能谱和差热分析等手段,较为全面系统地研究了ZM61镁合金铸锭在不同均匀化热处理工艺条件下的显微组织和物相变化规律,并得到了在各种工艺条件下材料的显微硬度值随时间和温度的关系曲线,对均匀化的两个重要参数温度和时间进行了详细的探讨,并采用求显微硬度的方差大小的方法来判断热处理后合金的均匀化程度;通过扫描电镜实验,定性研究了ZM61镁合金中主要合金元素的分布规律。确定了ZM61镁合金较优的均匀化工艺参数为330℃×16h+420℃×2h。对ZM61镁合金采用较优的均匀化工艺处理后,在温度为300390℃、应变速率为0.0010.1s-1的变形条件下,采用Gleele-1500热模拟机对其热压缩变形特性进行了研究。研究发现:ZM61镁合金热压缩变形时的流变应力同应变之间的关系曲线呈现典型的连续动态再结晶特征,即变形初期迅速硬化并达到一个峰值,其后逐渐软化,在达到较大的应变后呈现稳态流变。流态应力随变形温度的升高和变形速率的降低而降低。计算出ZM61镁合金热压缩变形时的材料常数为:Q=201.86kJ/mol;A=1.1915×1015s-1;α=0.020756mm2/N;n=4.3159,并建立了合金的流变应力方程。同时也发现热压缩变形时,合金组织也发生了变化:变形程度增加,晶粒细化,动态再结晶进行的更加完全;温度升高促进动态再结晶进行完全;但是过高温度易使晶粒粗化;变形速率增大晶粒细化但动态再结晶的进行不完全。降低变形温度和提高应变速率可使再结晶晶粒平均尺寸减小,建立了再结晶晶粒大小d与Z参数之间关系模型为: d = 12788·Z-2,12。综合考虑热压缩变形抗力、热压缩组织演化等因素,在本试验条件下,ZM61镁合金的较优加工工艺条件是:变形温度300330℃,变形速率0.001～0.1s-1,并以低速为宜。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 镁及镁合金概述
• 1.2.1 镁及镁资源
• 1.2.2 镁及镁合金的特性及应用
• 1.2.3 镁合金分类
• 1.3 材料变形行为研究和动态再结晶概况
• 1.3.1 材料热变形性能的研究
• 1.3.2 材料动态回复与动态再结晶
• 1.4 课题研究的目的及意义
• 1.5 课题的研究内容
• 2 实验过程及研究方法
• 2.1 实验材料及取样方法
• 2.2 均匀化热处理实验
• 2.2.1 实验方案
• 2.2.2 实验设备
• 2.3 金相实验
• 2.3.1 实验步骤
• 2.3.2 腐蚀剂的配制
• 2.4 显微硬度实验
• 2.5 扫描电子显微镜（SEM）及能谱分析（EDS）
• 2.6 差热分析
• 2.7 热变形压缩实验
• 2.7.1 试样预处理
• 2.7.2 热变形压缩实验方案
• 2.7.3 热模拟实验的组织观察
• 2.7.4 热模拟实验数据处理
• 3 实验结果分析
• 3.1 ZM61 镁合金原始铸态显微组织观察
• 3.2 ZM61 镁合金均匀化处理后的显微组织分析
• 3.2.1 均匀化处理后显微组织观察
• 3.2.2 热处理参数的讨论
• 3.2.3 均匀化处理后显微组织中的黑点分析
• 3.3 ZM61 镁合金显微硬度分析
• 3.3.1 显微硬度与均匀化温度的关系
• 3.3.2 显微硬度与均匀化时间的关系
• 3.3.3 显微硬度分布方差与组织均匀性的关系
• 3.4 铸锭均匀化过程中的扩散动力学模型
• 3.5 扫面电子显微镜及能谱实验结果分析
• 3.5.1 铸态组织及元素分布分析
• 3.5.2 均匀化处理后合金组织及元素分布分析
• 3.5.3 均匀化处理中的黑色区域分析
• 3.6 差热分析
• 3.7 ZM61 镁合金热压缩过程中的变形行为研究
• 3.7.1 铸态与均匀化处理后变形行为比较
• 3.7.2 应力-应变曲线分析
• 3.7.3 变形速率对流变应力的影响
• 3.7.4 变形温度对流变应力的影响
• 3.7.5 热变形激活能的确定
• 3.7.6 流变应力方程的确定
• 3.8 ZM61 镁合金变形组织分析
• 3.8.1 热变形温度对变形组织的影响
• 3.8.2 变形速率对变形组织的影响
• 3.9 再结晶晶粒大小 d 与 Z 参数的关系
• 3.10 ZM61 镁合金热变形参数的确定
• 4 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录