镁合金反向挤压工艺与热处理制度研究

论文摘要

镁合金是目前工程应用中最轻的金属结构材料,具有比强度和比刚度高、阻尼减振效果好、可以实现电磁屏蔽等优点,已成为国防军事、航空航天、汽车、电子通信等工业领域的重要材料。实践表明,塑性变形能有效改善铸造镁合金的力学性能,变形镁合金比铸造镁合金具有更高的强度和塑性。本文以AZ31合金、ZK60合金、AM60合金以及Mg-Gd-Y-Nd-Zr系合金为研究对象,采用全润滑反向挤压成形方法和全润滑空心坯反向挤压成形方法分别进行了棒材和管材的挤压试验,对其挤压工艺和热处理工艺进行了实验研究。研究取得如下主要成果：（1）在ZK60合金、AZ31合金和AM60合金中添加的Sn（≤1%）以固溶状态存在,没有新相析出；Sn对三种合金铸态组织和挤压态组织有一定的细化作用,Sn合金含量为0.5%的组织细化效果最好；添加0.5%的Sn显著提高了三种合金的强度,延伸率变化不大；而添加1.0%的Sn的合金的抗拉强度、屈服强度及延伸率均明显降低。（2）挤压温度由380℃降低到350℃过程中,Mg-7Gd-3Y-1Nd-0.6Zr合金和Mg-3Gd-7Y-1Nd-0.6Zr合金棒材的晶粒变得细小,强度提高,延伸率变化不大；在相同挤压温度下,两种合金棒材的强度相差不大,而前者延伸率明显大于后者。（3）Mg-7Gd-3Y-1Nd-0.6Zr合金棒材和Mg-3Gd-7Y-1Nd-0.6Zr合金棒材最佳热处理方法是直接进行时效处理,两种合金最佳T5制度均为200℃x68h。经T5处理后,Mg-7Gd-3Y-1Nd-0.6Zr合金棒材最大抗拉强度可达到391.8MPa,屈服强度为350.9MPa,延伸率为5%；Mg-3Gd-7Y-1Nd-0.6Zr合金棒材最大抗拉强度为433.2MPa,屈服强度为356.4MPa,延伸率为1.3%。（4）AZ31合金管材和ZK60合金管材随着挤压比的增大,晶粒细化效果越明显,强度逐渐增加,塑性逐渐降低；随着挤压温度的升高,合金晶粒有长大趋势,强度和延伸率均逐渐减小。AZ31合金管材的最大抗拉强度和屈服强度可达325.6MPa和210.2MPa,此时延伸率为10%；最大延伸率为15.1%。ZK60合金管材的最大抗拉强度和屈服强度分别为362.1MPa和274MPa,此时延伸率为9.7%；当挤压温度为350℃挤压比为30时,延伸率最大,为17.8%。（5）对于大挤压比的ZK60合金管材最佳热处理方法是进行T5处理。经T5处理后,晶粒更加细小,合金抗拉强度和屈服强度达到最大,而延伸率变化不大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 镁合金概述
• 1.2 本文研究的主要镁合金及其主要特点
• 1.2.1 ZK60镁合金
• 1.2.2 AZ31镁合金
• 1.2.3 AM60镁合金
• 1.2.4 Mg-Gd-Y-Nd-Zr镁合金
• 1.3 镁合金中合金元素的作用
• 1.4 镁合金挤压概况
• 1.4.1 镁合金挤压成形的方法
• 1.4.2 挤压工艺对挤压试验的影响
• 1.4.3 镁合金挤压管的研究现状
• 1.5 本研究的目的意义
• 1.6 本课题研究的主要内容
• 第2章 实验方法
• 2.1 技术路线和研究内容
• 2.2 实验设备
• 2.3 合金的熔炼
• 2.3.1 实验材料及配料的计算
• 2.3.2 合金的熔炼过程
• 2.3.3 合金的理论成分和实测成分
• 2.4 挤压实验
• 2.4.1 坯料的制备及均匀化处理
• 2.4.2 镁合金挤压工艺
• 2.4.3 挤压试验
• 2.5 实验测试方法及内容
• 2.5.1 金相组织观察
• 2.5.2 扫描电镜实验
• 2.5.3 X射线衍射实验
• 2.5.4 硬度测定
• 2.5.5 力学性能实验
• 2.5.6 合金的热处理工艺
• 2.5.7 断口分析
• 第3章 Sn对镁合金挤压态组织与性能的影响
• 3.1 Sn对ZK60组织和性能的影响
• 3.1.1 ZK60系合金的相分析
• 3.1.2 Sn对ZK60铸态组织的影响
• 3.1.3 Sn对ZK60挤压态组织的影响
• 3.1.4 Sn对ZK60挤压态力学性能的影响
• 3.1.5 含Sn ZK60拉伸断口分析
• 3.2 Sn对AZ31组织和性能的影响
• 3.2.1 AZ31系合金的相分析
• 3.2.2 Sn对AZ31铸态组织的影响
• 3.2.3 Sn对AZ31挤压态组织的影响
• 3.2.4 Sn对AZ31挤压态力学性能的影响
• 3.2.5 含Sn AZ31拉伸断口分析
• 3.3 Sn对AM60组织和性能的影响
• 3.3.1 AM60系合金的相分析
• 3.3.2 Sn对AM60铸态组织的影响
• 3.3.3 Sn对AM60挤压态组织的影响
• 3.3.4 Sn对AM60挤压态力学性能的影响
• 3.3.5 含Sn AM60的拉伸断口分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 Mg-Gd-Y-Nd-zr系合金挤压态组织与性能研究
• 4.1 Mg-Gd-Y-Nd-Zr系合金的显微组织和相组成
• 4.1.1 Mg-Gd-Y-Nd-Zr系合金的显微组织
• 4.1.2 Mg-Gd-Y-Nd-Zr系合金的相分析
• 4.2 挤压温度对Mg-Gd-Y-Nd-Zr系合金组织和性能的影响
• 4.2.1 挤压温度对Mg-7Gd-3Y-1Nd-0.6Zr组织和性能的影响
• 4.2.2 挤压温度对Mg-3Gd-7Y-lNd-0.6Zr组织和性能的影响
• 4.2.3 Mg-Gd-Y-Nd-Zr系合金拉伸断口分析
• 4.3 热处理工艺对Mg-Gd-Y-Nd-Zr系合金组织和性能的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 变形镁合金薄壁管挤压工艺与热处理制度研究
• 5.1 AZ31挤压态薄壁管组织与力学性能研究
• 5.2 ZK60挤压态薄壁管组织与力学性能研究
• 5.3 热处理制度对ZK60薄壁管组织与性能的影响
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢