AZ31镁合金锻造变形的组织与性能研究

论文摘要

镁及其合金是目前最轻的金属结构材料,具有密度低、比强度和比刚度高、阻尼减震性好、导热性好、电磁屏蔽效果佳、机加工性能优良、零件尺寸稳定、易回收等优点,被誉为“21世纪绿色工程金属”。但是由于镁合金是密排六方结构,可开动的滑移系比面心立方和体心立方金属的少,使得镁合金的室温塑性较低,降低了成形能力,大大限制了变形镁合金的推广应用。目前对于变形镁合金的研究大多集中于挤压和轧制这两种变形方式,而对于锻造这种瞬时变形方式,却研究甚少。本文对镁合金在室温和加热状态下进行镦粗变形实验,研究不同条件下镁合金的组织性能变化,进而研究不同条件下的塑性变形机理。实验材料为铸态AZ31镁合金,实验分为室温与加热状态两部分:第一,首先在室温下对试样进行不同变形量(2.5%~15%)的镦粗变形,利用OM、TEM观察试样的微观组织,并进行X射线衍射分析。然后将不同变形量的试样在不同温度下保温一定时间进行再结晶退火。观察各个试样的微观组织,测量硬度和晶粒尺寸的变化,并进行机械性能测试。最后对室温锻裂试样断口进行微观组织观察以发现裂纹扩展情况。第二,将试样在不同温度(200℃~500℃)下镦粗变形40%;再在400℃下对试样进行不同的镦粗量(5%~40%)的变形。首先利用OM、TEM观察试样的微观组织,测量其晶粒尺寸,得出加热状态的墩粗变形规律。然后对变形量为40%的试样进行压力破坏实验以测定在不同变形温度下的机械性能。最后对压缩断裂试样进行断口扫描。研究结果表明,AZ31镁合金室温下锻造产生大量孪晶,变形方式以孪生为主,且随应变量的增加,孪晶量明显增加。退火温度和变形量是影响再结晶的重要因素,只有当变形量达到临界变形量时,再结晶产生。孪晶可成为静态再结晶的形核点,促进静态再结晶的产生而细化晶粒。变形后产生的孪晶越多,细化效果就越好。退火后的冷锻试样的机械性能较变形前试样有较大提高。室温断裂属于脆性穿晶断裂。在热锻过程中,当温度为400℃时,变形量大于7.5%才发生动态再结晶,随着变形量的增加,再结晶晶粒量也增加。当变形量为40%时,温度大于250℃时才发生动态再结晶,再结晶量随温度的升高而增加。动态再结晶机制属于基于孪生的动态再结晶。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 镁合金的性能和应用
• 1.2.1 镁合金的性能
• 1.2.2 镁及镁合金的应用前景
• 1.3 变形镁合金的研究现状
• 1.3.1 变形镁合金的性能和应用
• 1.3.2 变形镁合金的分类
• 1.4 AZ31 镁合金的研究现状
• 1.4.1 AZ31 镁合金的室温力学性能
• 1.5 镁合金塑性变形
• 1.5.1 室温下镁合金塑性变形特征
• 1.5.2 镁合金塑性变形机理
• 1.5.3 镁合金中的独立滑移系
• 1.5.4 改善镁合金塑性的基本途径
• 1.5.5 镁合金的断裂行为
• 1.6 镁合金变形孪晶理论
• 1.6.1 孪晶的形核、长大和演变
• 1.6.2 孪生在塑性变形中的作用
• 1.7 再结晶退火概述
• 1.7.1 再结晶现象
• 1.7.2 再结晶退火意义
• 1.7.3 再结晶形核与核长大
• 1.8 动态再结晶概述
• 1.8.1 动态再结晶现象
• 1.8.2 动态再结晶意义
• 1.8.3 镁合金动态再结晶的理论基础
• 1.8.4 动态再结晶的影响因素
• 1.8.5 动态再结晶的形核机制
• 1.9 课题的目的和意义
• 1.10 课题的主要研究内容
• 2 实验内容
• 2.1 实验材料
• 2.2 墩粗变形实验
• 2.2.1 室温墩粗变形
• 2.2.2 热墩粗变形
• 2.3 再结晶退火实验
• 2.4 X 射线衍射实验
• 2.5 金相观察实验
• 2.6 透射电镜实验
• 2.7 晶粒尺寸测量
• 2.8 显微硬度测定实验
• 2.9 力学性能实验
• 2.10 扫描电镜实验
• 3 AZ31 镁合金冷锻变形及退火的组织与性能
• 3.1 实验流程
• 3.2 实验结果
• 3.2.1 金相显微组织
• 3.2.2 XRD 分析结果
• 3.2.3 断口显微组织
• 3.2.4 AZ31 冷锻变形试样退火后的显微组织
• 3.2.5 变形量为 10%的试样在不同温度下退火的显微组织
• 3.2.6 TEM 组织
• 3.2.7 显微硬度测试结果
• 3.2.8 冷墩粗变形试样退火后的机械性能
• 3.3 分析与讨论
• 3.3.1 冷变形的组织结构特征
• 3.3.2 层错能对镁合金冷变形的影响
• 3.3.3 孪生对塑性变形的影响
• 3.3.4 孪生位错
• 3.3.5 再结晶动力学
• 3.3.6 再结晶激活能
• 3.3.7 再结晶晶粒尺寸的影响因素
• 3.3.8 静态再结晶形核
• 3.3.9 影响退火再结晶的主要因素
• 3.4 本章小结
• 4 AZ31 镁合金热锻变形的组织与性能
• 4.1 实验流程
• 4.2 实验结果
• 4.2.1 在不同温度下镦粗变形 40%的显微组织
• 4.2.2 在 400℃下不同变形量的镦粗的显微组织
• 4.2.3 TEM 分析结果
• 4.2.4 断口分析
• 4.2.5 显微硬度测试结果
• 4.2.6 热墩粗变形试样的机械性能
• 4.3 分析与讨论
• 4.3.1 热变形的组织结构特征
• 4.3.2 孪晶形貌
• 4.3.3 变形温度对孪晶的影响
• 4.3.4 抑制孪晶产生的方法
• 4.3.5 晶粒度对 AZ31 镁合金力学性能的影响
• 4.3.6 动态再结晶形核和长大
• 4.3.7 影响镦粗变形时动态再结晶的主要因素
• 4.4 本章小结
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录