搓动剪切作用下Mg-3Sn-Mn合金连续流变轧制成形

论文摘要

本论文结合国家自然科学基金面上项目和重点项目（资助号：50974038,51034002）,研究了Mg-3Sn-Mn合金搓动剪切作用下连续流变轧制成形技术。设计和完善了实验设备,优化了工艺；分析了搓动剪切作用下连续流变轧制成形过程力能参数；研究了搓动剪切作用下Mg-3Sn-Mn合金连续流变轧制成形过程组织形成机理；对搓动剪切作用下连续流变轧制成形制备的Mg-3Sn-Mn合金板材进行了二次轧制与热处理,研究了二次轧制及热处理后Mg-3Sn-Mn合金板材的组织性能。获得了以下主要结果：（1）提出了搓动剪切作用下连续流变轧制成形基本原理,设计了搓动剪切作用下连续流变轧制成形实验机,建立了Mg-3Sn-Mn合金搓动剪切作用下连续流变轧制成形工艺。（2）建立了连续流变轧制成形矩形孔型中单位轧制压力分布的计算模型,分析了轧制工艺参数对单位轧制压力分布的影响规律。连续流变轧制成形板材厚度越小,宽度越窄,单位轧制压力峰值和平均单位轧制压力越大；随着板材厚度减小,单位轧制压力峰值向出口移动；随着板材宽度减小,单位轧制压力峰值向入口移动；随着工作辊半径增大,单位轧制压力峰值和平均轧制压力增大,峰值向出口偏移。（3）获得了工艺参数对搓动剪切作用下Mg-3Sn-Mn合金连续流变轧制成形组织的影响规律,优化了工艺参数。浇注温度在690℃～730℃范围内,随着浇注温度降低,制品边部柱状晶区增大,中心等轴晶区减小,等轴晶区的初生相α-Mg增多并且逐渐球化；工作辊转速在0.052m·s-1～0.087m·s-1范围内,随着工作辊转速减小,制品边部柱状晶区减小,中心等轴晶区增大。浇注温度为690℃,工作辊转速为0.052m.s-1时,获得了表面质量和内部组织较好的Mg-3Sn-Mn合金板材。（4）分析了搓动剪切作用下Mg-3Sn-Mn合金连续流变轧制成形过程中组织形成机理。合金熔体首先在辊-靴表面异质形核,靠近辊-靴表面的合金冷却速度较快过冷度较大,利于晶体以枝晶方式长大。在工作辊的剪切搅拌作用下,合金中心的熔体散热方向不明显,溶质分布均匀,利于晶体直接球形长大。在枝晶臂剪切断裂机制和枝晶臂熔断机制作用下枝晶逐渐被破碎球化。（5）通过对搓动剪切作用下连续流变轧制成形制备的Mg-3Sn-Mn合金板材进行二次轧制与热处理,获得了性能优良Mg-3Sn-Mn合金板材。对二次轧制板材进行固溶时效处理,随时效时间延长,第二相由晶界析出逐渐转变为晶内析出；随着时效温度升高,第二相析出速度增加,晶粒容易粗化。二次轧制后Mg-3Sn-Mn合金板材430℃固溶13h+300℃C时效12h,其抗拉强度达到305MPa,伸长率达到7.8%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 镁及镁合金的特点和应用前景
• 1.2 镁合金在应用中存在的问题
• 1.3 金属半固态加工技术的特点及发展方向
• 1.3.1 金属半固态加工技术的特点
• 1.3.2 金属半固态加工技术的发展方向
• 1.4 镁合金流变成形技术的研究现状
• 1.5 本课题的研究意义及研究内容
• 1.5.1 本课题的研究意义
• 1.5.2 本课题的研究内容
• 第2章 搓动剪切作用下Mg-3Sn-Mn合金连续流变轧制成形设备与工艺
• 2.1 搓动剪切作用下连续流变轧制成形设备的设计原理
• 2.2 搓动剪切作用下连续流变轧制成形设备的设计与制造
• 2.2.1 搓动剪切作用下连续流变轧制成形设备总体结构设计
• 2.2.2 冷却靴的设计与制造
• 2.2.3 工作辊的设计与制造
• 2.2.4 中间包的设计与制造
• 2.3 搓动剪切作用下MG-3SN-MN合金连续流变轧制成形工艺
• 2.3.1 实验材料
• 2.3.2 制备Mg-3Sn-Mn合金板材的工艺流程
• 2.3.3 工艺参数对搓动剪切作用下Mg-3Sn-Mn合金连续流变轧制成形稳定性的影响
• 2.4 本章小结
• 第3章 搓动剪切作用下连续流变轧制成形过程力能参数分析
• 3.1 辊-靴型腔中合金受力分析
• 3.2 矩形孔型内单位轧制压力分布计算模型
• 3.2.1 基本假设
• 3.2.2 矩形孔型中单位轧制压力分布计算模型的推导
• 3.2.3 轧制过程变形抗力模型
• 3.3 轧制工艺参数对单位轧制压力分布的影响规律
• 3.3.1 孔型轧制和平辊轧制单位轧制压力分布规律的对比
• 3.3.2 轧制板材厚度对单位轧制压力分布的影响
• 3.3.3 轧制板材宽度对单位轧制压力分布的影响
• 3.3.4 工作辊半径对单位轧制压力分布的影响
• 3.4 轧制工艺参数对中性角的影响
• 3.4.1 轧制板材宽度、工作辊半径对中性角的影响
• 3.4.2 轧制板材厚度对中性角的影响
• 3.4.3 轧制板材宽度和厚度对中性角的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 工艺条件对搓动剪切作用下Mg-3Sn-Mn合金连续流变轧制成形组织的影响
• 4.1 实验
• 4.2 实验结果与分析
• 4.2.1 浇注温度对搓动剪切作用下连续流变轧制成形制品组织的影响
• 4.2.2 工作辊转速对搓动剪切作用下连续流变轧制成形制品组织的影响
• 4.3 本章小结
• 第5章 搓动剪切作用下Mg-3Sn-Mn合金连续流变轧制成形组织形成机理
• 5.1 搓动剪切作用下MG-3SN-MN合金连续流变轧制成形组织演化过程观察
• 5.2 搓动剪切作用下MG-3SN-MN合金连续流变轧制成形组织演化机理
• 5.2.1 搓动剪切作用下Mg-3Sn-Mn合金连续流变轧制成形的传热规律
• 5.2.2 搓动剪切作用下连续流变轧制成形过程中Mg-3Sn-Mn合金凝固的热力学条件及影响因素
• 5.2.3 搓动剪切作用下连续流变轧制成形过程中Mg-3Sn-Mn合金形核规律及影响因素
• 5.2.4 搓动剪切作用下连续流变轧制成形过程Mg-3Sn-Mn合金晶体长大机制
• 5.2.5 搓动剪切作用下连续流变轧制成形过程枝晶的破碎与球化
• 5.3 本章小结
• 第6章 Mg-3Sn-Mn合金板材二次轧制及热处理
• 6.1 实验
• 6.1.1 二次轧制实验
• 6.1.2 固溶时效实验
• 6.2 实验结果与分析
• 6.2.1 二次轧制板材组织与力学性能
• 6.2.2 二次轧制后板材固溶时效后组织与力学性能
• 6.3 本章小结
• 第7章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文及发明专利