电磁铸造条件对AZ31镁合金组织与力学性能的影响

论文摘要

AZ31是最常用的变形镁合金之一,广泛应用于板材轧制和型材挤压。由于该合金是不可热处理强化合金,因此,通过铸造和变形工艺优化来进一步提高其力学性能是可行的途径。本文通过在AZ31镁合金的半连续铸造过程中施加低频电磁场,并通过结晶器中连续润滑系统与电磁系统、冷却系统和保护系统的一体化设计,实现了电磁连续油滑铸造试验,并研究了不同的电磁场频率、电流强度和铸造速度对AZ31镁合金组织和力学性能的影响,确定了油滑电磁铸造条件下的最佳工艺条件。在本实验条件下,V=200mm/min, I=120A时,当电磁场频率从15Hz增加到30Hz时,AZ31（Φ100mm）合金的晶粒细化程度提高,抗拉强度明显提高,屈服强度和延伸率稍有提高,但不明显；在V=143mm/min, f=10Hz条件下,电磁场强度太低或太高,对AZ31（Φ165）锭坯组织的细化效果都不理想,当电流强度I=60A时,可以获得较好的组织细化效果,并可获得较高的硬度；在f=30Hz,I=120A条件下比较V=200mm/min和V=230mm/min时AZ31（Φ100mm）锭坯的组织和性能,结果表明,速度提高后,不利于晶粒细化,力学性能也有所下降。本实验研究了加入细化剂Al-5Ti-1B及阻燃元素Ca、Be对AZ31镁合金组织和力学性能的影响。研究表明,加入1%的细化剂Al-5Ti-1B后组织有所细化,平均硬度和屈服强度有所提高,而抗拉强度和延伸率则变化不大；加入元素2%Ca后,组织细化,宏观硬度和屈服强度显著提高,而延伸率大大下降；加入元素0.0075Be%后,对AZ31镁合金组织和性能有负面的影响,使合金的组织变得粗大,塑性有所下降。通过热压缩试验,研究油滑铸造AZ31镁合金锭坯在应变速率为0.001～0.1s-1,变形温度为200℃～350℃的条件下的热变形行为,并得到真实应力—应变曲线,分析了流动应力和变形后的微观组织。从流变应力曲线和金相图可以得出结论,合金在该实验条件下发生了动态再结晶。应力—应变曲线出现峰值,之后随应变增加流变应力下降至一个稳定值,该稳定值随温度上升和应变速率的降低而降低。通过应力—应变曲线分析了变形参数对流变应力的影响,并计算得出不同磁场条件下AZ31镁合金的变形激活能。通过热压缩试验,为合理制定AZ31镁合金变形工艺参数提供指导,以及为进一步系统研究该合金提供基本数据。本实验对不同铸造条件下的AZ31镁合金进行挤压变形,对变形前后的AZ31镁合金拉伸断口的形貌进行了比较分析,并考察了铸造条件对后续挤压棒材组织和性能的影响。结果表明,经挤压,合金组织均发生了动态再结晶,晶粒较挤压前都明显发生了细化,挤压成形后合金的力学性能大幅提高。同时,研究发现电磁场频率对合金挤压前后力学性能的影响具有遗传性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 镁及镁合金的概况
• 1.1.1 镁合金的特点及应用
• 1.1.2 变形镁合金的特点与分类
• 1.1.3 阻燃变形镁合金的发展情况
• 1.1.4 AZ31变形镁合金的应用及合金元素的作用
• 1.2 AZ31镁合金的细化方法与途径
• 1.2.1 过热法
• 1.2.2 添加晶粒细化剂
• 1.2.3 半固态成形技术
• 1.2.4 快速凝固成型技术
• 1.2.5 电磁场细化晶粒
• 1.3 电磁场在镁合金半连续铸造中的应用
• 1.3.1 电磁半连续热顶铸造工艺
• 1.3.2 电磁半连续油滑铸造工艺
• 1.4 研究目的与内容
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究内容
• 第二章 材料制备及实验方法
• 2.1 材料的制备
• 2.1.1 试验设备
• 2.1.2 合金的配制
• 2.1.3 合金的制备
• 2.2 镁合金均匀化退火实验
• 2.3 镁合金热压缩实验
• 2.4 镁合金挤压实验
• 2.5 微观分析
• 2.5.1 显微组织分析
• 2.5.2 物相测定分析
• 2.5.3 断口观察
• 2.5.4 化学分析
• 2.6 性能测试
• 2.6.1 宏观硬度测试
• 2.6.2 力学性能测试
• 第三章 油滑电磁铸造工艺条件对AZ31镁合金锭坯组织与性能的影响
• 3.1 电磁场频率对微观组织和性能的影响
• 3.1.1 电磁场频率对微观组织的影响
• 3.1.2 电磁场频率对力学性能的影响
• 3.2 电磁场强度对微观组织和性能的影响
• 3.2.1 电磁场强度对微观组织的影响
• 3.2.2 电磁场强度对力学性能的影响
• 3.3 铸造速度对镁合金组织性能的影响
• 3.3.1 铸造速度对微观组织的影响
• 3.3.2 铸造速度对力学性能的影响
• 3.4 晶粒细化剂Al-5Ti-1B与阻燃元素Ca、Be对镁合金组织与性能的影响
• 3.4.1 晶粒细化剂Al-5Ti-1B对镁合金组织与性能的影响
• 3.4.2 阻燃元素Ca、Be对镁合金组织性能的影响
• 3.5 铸造条件对元素分布和力学性能的影响
• 3.5.1 铸造条件对元素分布的影响
• 3.5.2 铸造条件对铸锭不同部位力学性能的影响
• 3.6 本章结论
• 第四章 AZ31镁合金热变形行为的研究
• 4.1 镁合金的动态再结晶行为
• 4.2 镁合金变形流变应力分析
• 4.3 电磁场对AZ31镁合金热变形激活能的影响
• 4.3.1 电磁油滑铸造AZ31锭坯的激活能
• 4.3.2 无电磁时油滑铸造AZ31锭坯的激活能
• 4.3.3 结果分析
• 4.4 本章结论
• 第五章 挤压对镁合金组织和性能的影响
• 5.1 挤压工艺的制定
• 5.1.1 挤压前均匀化退火
• 5.1.2 挤压工艺参数的确定
• 5.1.3 挤压锭坯的选取
• 5.2 变形挤压对组织和力学性能的影响
• 5.2.1 变形挤压后的微观组织
• 5.2.2 变形挤压对镁合金力学性能的影响
• 5.2.3 油滑铸造电磁场频率对挤压后力学性能的影响
• 5.3 本章结论
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢