AZ31镁合金预模锻挤压变形的组织与性能研究

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由于具有密度低、比强度高、易回收等特点,镁合金成为二十一世纪最具竞争力的传统材料之一,在航空航天、交通、电子等领域应用较广。然而,镁合金属于密排六方结构,在室温下可开动的滑移系较少,在塑性变形过程中难以协调变形,导致其塑性差,应用受到限制。为了克服以上难题,本文以商用AZ31镁合金为研究对象,采用封闭锻造和传统挤压组合变形的方式,通过改变变形条件来控制合金的显微组织,进而达到提高镁合金综合性能的目的。在传统挤压的中,铸坯在挤压之前会经历一个墩粗过程,类似于锻造。这个过程会使得铸坯产生一定的应变,但是由于时间极短,应变小,通常被忽略。若将该墩粗过程的应变利用起来,将有助于改善传统挤压合金的组织。本文基于常规挤压工艺,利用自制的封闭模具,在挤压之前将铸坯在挤压筒中进行高压条件下的封闭模锻,随即更换常规挤压模具进行挤压。此工艺的特点是利用传统的挤压机对样品进行预变形,可以累积挤压墩粗过程产生的应变,使锭坯内部产生位错、孪晶等组织缺陷,为后续挤压过程中的再结晶提供形核位点和储存能,最终细化挤压合金组织。在本工作中,系统研究了预模锻挤压变形过程中组织演变规律,研究了模锻以及挤压工艺参数对AZ31镁合金组织和性能的影响。采用光学金相显微分析(OM)以及EBSD分析方法,对挤压过程以及完全挤压后试样显微组织及晶粒尺寸进行了观察、统计、计算及分析,讨论不同变形工艺对AZ31组织的影响规律;对试样进行室温拉伸压缩力学性能测试,研究了预模锻挤压工艺对AZ31镁合金力学性能的影响,优化了预模锻挤压工艺参数。主要结果如下:(1)在预模锻挤压工艺下,经预模锻处理的镁合金具有更细小的显微组织,压缩屈服、塑性以及拉压不对称性都得到显著改善。随着预模锻时间的延长,合金的晶粒尺寸逐渐减小,综合性能也得到明显改善。(2)300℃下经预模锻60s后直接挤压处理的样品获得了细小的晶粒组织,且具有优异的力学性能。该合金的TYS,UTS,CYS,伸长率和屈服不对称σCYS/σTYS,分别为305 MPa,337 MPa,295 MPa,27%和0.97。(3)织构强度主要受到未再结晶区域和晶粒大小的影响。未再结晶区域越多、晶粒越大以及分布越不均匀,材料织构也就越强。在这些因素影响下,400℃预模锻60s挤压样品织构最强,为22.73;而280℃预模锻60s挤压样品织构最弱,为4.13。(4)材料的再结晶程度受到预模锻时间和变形温度的影响。预模锻时间越长、变形温度越高,再结晶程度也就越大。在400℃时,样品基本获得了完全的再结晶组织,再结晶程度达到93%。
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