AZ70镁合金热变形特性的研究

论文摘要

镁合金作为一种轻质工程材料，具有比重轻、高比强度、高比刚度以及良好的铸造性能、良好的电磁屏蔽能力和易于再生利用等一系列独特的优点，其结构件在汽车、飞机、计算机及通讯等设备上获得了日益广泛的应用，因此镁合金被认为是21世纪最具发展潜力的和前途的材料。由于镁合金是密排六方结构，滑移系少，变形困难，所以镁合金的成形方式主要是压铸，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意义。为研究镁合金的塑性加工特性，本文以AZ70镁合金为研究对象。为了保证铸锭质量，使其后续的变形加工能够顺利进行，首先用半连续铸造法制备了品质优良的铸锭，同时对其进行了均匀化退火工艺的研究。可以发现退火前的显微组织为粗大网状的Mg17Al12相分布在α-Mg基体上。均匀化退火时，随着AZ70合金均匀化处理温度的升高和时间的增加，Mg17Al12相逐渐溶解，晶粒趋于均匀，硬度降低，但温度过高时晶粒会发生粗化。确定合理的均匀化工艺为410℃保温10h～15h。410℃／15h均匀化处理后，其力学性能有较大幅度的提高，其中σb提高23.1％，δ提高23.6％。对均匀化退火后的AZ70合金试样，在温度为300～420℃、应变速率为0.001～1s-1的变形条件下，采用Gleeble-1500热模拟机对其热压缩变形特性进行了研究。结果表明：流变应力首先随真应变的增加迅速上升，出现峰值后逐渐下降，当达到一定的真应变量后其流变应力基本不变；应变速率和变形温度对合金流变应力的大小有显著影响，流变应力随应变速率的增大而增大，随温度的升高而降低；在给定的变形条件下，计算出合金的变形激活能和应力指数分别为165.833kJ／mol和5.963，并且建立了合金高温变形的本构方程。热压缩变形时，合金组织也发生了变化：变形程度增大，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的发生，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进行的不完全；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。在温度为260～420℃、应变速率为0.05mm／s的变形条件下，采用Sintech 20／G高温拉伸试验机对AZ70合金的热塑性进行了研究。结果表明：在变形速率一定时，随着变形温度升高，变形抗力降低，伸长率增大，但420℃拉伸时氧化非常严重。综合考虑热压缩变形抗力、热压缩组织演化和高温拉伸性能变化等因素，在本试验条件下，材料的最佳工艺条件是：变形温度340～400℃，应变速率0.001～0.1s-1，并以低速为宜。在研究了AZ70镁合金热变形特性的基础上，对合金进行了挤压试验研究，成功试制了棒材、管材和型材。试验结果不仅对镁合金的进一步研究奠定了一定基础，而且为实际生产中工艺参数的制订、优化提供一定的依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 镁合金特点
• 1.2 变形镁合金的研究现状及存在问题
• 1.2.1 镁合金基本变形特性
• 1.2.2 变形镁合金系列及应用
• 1.2.3 镁合金塑性成形工艺
• 1.3 本课题的研究内容及技术路线
• 1.3.1 本课题选题的依据及意义
• 1.3.2 本课题的研究内容
• 1.3.3 研究技术路线
• 第二章 试验方法及分析手段
• 2.1 AZ70镁合金半连续铸锭制备
• 2.2 AZ70镁合金均匀化处理
• 2.2.1 试样制备
• 2.2.2 均匀化处理设备及试验步骤
• 2.3 AZ70镁合金高温压缩试验
• 2.4 AZ70镁合金高温拉伸试验
• 2.5 AZ70镁合金挤压试验
• 2.5.1 挤压设备选择及吨位确定
• 2.5.2 挤压毛坯的准备
• 2.5.3 挤压前毛坯的加热
• 2.5.4 模具预热温度
• 2.5.5 润滑剂
• 2.5.6 挤压比和挤压速度
• 2.6 合金的组织与结构分析
• 2.6.1 OM（Optical Microscopy）金相显微组织分析
• 2.6.2 SEM（Scanning Electron Microscope）分析
• 2.7 合金的力学性能测试
• 2.7.1 合金的布氏硬度试验
• 2.7.2 合金的常温拉伸性能测试
• 第三章 AZ70镁合金半连续铸造及均匀化退火
• 3.1 AZ70镁合金半连续铸造
• 3.1.1 合金成分设计及原材料选用
• 3.1.2 合金制备过程
• 3.1.3 半连续铸造组织
• 3.2 AZ70镁合金半连续铸锭的均匀化退火
• 3.2.1 均匀化退火对 AZ70合金组织的影响
• 3.2.2 均匀化退火对 AZ70合金硬度的影响
• 3.2.3 均匀化退火对 AZ70合金性能的影响
• 3.3 本章小结
• 第四章 A270镁合金热变形应力的研究
• 4.1 AZ70镁合金热压缩流变应力应变曲线
• 4.1.1 流变应力随应变的变化规律
• 4.1.2 流变应力随变形温度的变化规律
• 4.1.3 流变应力随应变速率的变化规律
• 4.2 本构方程的建立
• 4.3 本章小结
• 第五章 AZ70镁合金热压缩组织及高温拉伸性能
• 5.1 AZ70镁合金热压缩组织的演变
• 5.1.1 变形温度对组织的影响
• 5.1.2 变形速率对组织的影响
• 5.1.3 变形程度对组织的影响
• 5.2 变形参数对AZ70镁合金高温拉伸性能的影响
• 5.3 AZ70镁合金热变形参数的确定
• 5.4 本章小结
• 第六章 AZ70镁合金挤压试验研究
• 6.1 AZ70镁合金棒材挤压试验
• 6.1.1 制备过程
• 6.1.2 组织分析
• 6.1.3 力学性能分析
• 6.2 AZ70镁合金管材挤压试验
• 6.2.1 制备过程
• 6.2.2 组织分析
• 6.3 挤压型材的应用与开发
• 6.4 本章小结
• 第七章 主要结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢