论文部分内容阅读
镁合金是目前世界上已知最轻的金属结构材料,由于比强度和比刚度较高、阻尼性能良好,近年来在电子、汽车和航空航天等领域中得到比较广泛的应用。然而,镁及其合金是密排六方（HCP）晶体结构,在室温下,表现出较差的延伸率和塑性成形能力,因此镁合金的广泛应用受到很大程度的限制。传统的挤压工艺能得到所需厚度的镁合金板材,但是传统挤压镁合金板材具有比较强的基面织构,导致室温下表现出比较差的塑性和成形性。近年来,以细化晶粒为手段改善镁合金力学性能的大塑性变形（SPD）技术得到了飞速的发展。由于晶粒细化可有效提高镁合金的强度和延伸率,同时,织构弱化可以改善镁合金在室温下的延伸率和成形性,因此通过微观组织调控和织构弱化可以有效地改善镁合金的力学性能。本文采用正挤压弯曲剪切变形工艺（Direct Extrusion and Bending-Shear,DEBS）来制备镁合金薄板。以传统挤压基面织构类型AZ31镁合金和航空用高强度AQ80镁合金为研究对象,通过金相显微镜（OM）、X射线衍射技术（XRD）、扫描电镜技术（SEM）、电子背散射衍射技术（EBSD）、显微硬度测试等分析表征手段,系统地研究了镁合金在DEBS挤压过程中的微观组织演变和织构的变化和力学性能表现。通过室温单轴力学拉伸实验与硬度实验测试镁合金板材塑性变形能力。论文的主要研究内容和结论如下:1.分析了不同挤压温度下正挤压弯曲剪切变形工艺对铸态AZ31镁合金沿着挤压方向的微观组织和力学性能的影响。在挤压温度分别为290℃和370℃时,300μm的铸态AZ31镁合金的粗大晶粒挤压后可以一次性细化至3.2μm和5.1μm。与传统挤压工艺相比,该工艺对镁合金力学性能的提升更加明显。挤压温度为290℃时,DEBS镁板的屈服强度Rm、抗拉强度Rel和延伸率Agt分别为203MPa、290MPa、27.7%,比传统正挤压分别提升了1.5%、1.7%、67.5%。挤压温度为370℃时,DEBS镁板的屈服强度Rm、抗拉强度Rel和延伸率Agt分别为220 MPa、300 MPa、25.7%,比传统正挤压分别提升了10%、5.2%、65.0%。2.揭示了AZ31镁合金在DEBS挤压过程中晶粒细化和微观组织调控的机理。由于正挤压弯曲剪切变形工艺在正挤压区可以积累较大应变,并产生大量孪晶,促进动态再结晶发生。同时弯曲剪切区域引入剪切应变进一步细化了粗大晶粒。弯曲剪切结构还可以调整AZ31镁合金正挤压过程中形成的强基面织构,促进非基面滑移系的开启,使得正挤压形成的强基面织构可以通过弯曲剪切变形进一步削弱。3.分析了正挤压弯曲剪切变形工艺对铸态和锻态两种不同的AQ80镁合金的影响。发现该工艺对AQ80镁合金也能起到很好的细化晶粒作用。铸态AQ80镁合金分别经过挤压温度为290℃、330℃、370℃、410℃的挤压后,晶粒的尺寸分别为1.1μm,2.5μm,4.8μm,5.3μm。锻态的AQ80镁合金经过330℃和370℃的DEBS挤压后,晶粒尺寸分别为1.8μm和4.2μm。4.AQ80镁合金在挤压过程中伴随着第二相Mg17Al12的析出,细小的第二相弥散分布在晶界处,少量分布在晶内。第二相的析出为动态再结晶提供了形核点,并且阻止了DRX晶粒进一步长大,可以促进AQ80镁合金在挤压过程中的晶粒细化效果。在更高的温度下第二相的析出更加明显。