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镁合金大压下轧制变形区内组织变化研究

作　者: 孙克明
导　师: 胡小东
学　校: 辽宁科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: AZ31镁合金孪晶退火变形区晶粒取向
分类号: TG339
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 54次
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内容摘要

镁合金是目前世界上最轻的金属结构材料之一，具有许多优良的性能，在汽车工业、通讯电子业等领域得到了日益广泛的应用，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，以至目前大多采用多道次小压下量轧制镁合金，使生产过程复杂，生产成本居高不下，限制了镁合金的推广应用。如何提高镁合金的塑性，成为了镁合金变形研究的一个重要方向。本研究以自制的定向凝固镁合金锭为原料，进行压下率为50%的大压下轧卡实验，通过光学显微镜（OM），扫描电镜（SEM），背散射电子衍射（EBSD），观察变形区内的组织及晶粒取向演变过程、变形机制，并利用有限元模拟了变形区内的应力、应变分布以及其对组织演变过程的影响；同时研究了不同的退火条件下相应的微观组织及力学性能。研究结果如下：（1）镁合金塑性变形主要是滑移和孪生相互协调作用的结果，随着变形区内变形程度和应力分布的变化，其作用主次不同，变形程度越大，孪生作用越大。在轧制变形区内随着压下量的变化，孪晶密度逐渐增加，从单一的孪生向多孪生系开动转变，孪晶形貌出现平行、扩展、弯曲、交叉等变化。在变形区出口，原始大晶粒被不同类型的孪晶切割、破碎，形成细小的大角度晶界的晶粒。（2）退火温度、退火时间和变形程度是影响镁合金静态再结晶的重要因素。当变形量为50%左右，退火温度为350℃，保温时间为20min时，板材的屈服强度σ_0.2为139.6MPa，抗拉强度σ_b为227.2MPa，延伸率达到了19.9%。（3）镁合金轧卡试件400℃,10h的固溶处理后，未变形区域出现较强的（0001）基面退火孪晶，且晶粒呈现比较明显的择优取向。在轧制变形区，由于不同孪生系的启动，破碎并再结晶，随着变形量的增加，晶粒无明显择优取向，晶粒在大角度晶界的作用下，晶粒长大不明显。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
1. 绪论  10-24
  1.1 引言  10
  1.2 镁合金的应用和发展前景  10-12
    1.2.1 镁合金的基本特性和优点  10-11
    1.2.2 镁合金的发展状况及发展前景  11-12
  1.3 镁合金的变形机制  12-16
    1.3.1 镁及镁合金的晶体结构  12
    1.3.2 镁合金塑性成形理论  12-15
    1.3.3 镁合金应力应变特征  15-16
  1.4 定向凝固技术  16-19
    1.4.1 定向凝固理论基础  16-17
    1.4.2 定向凝固工艺  17-19
  1.5 轧制工艺  19
    1.5.1 同步轧制  19
    1.5.2 异步轧制  19
    1.5.3 等径角轧制  19
    1.5.4 累积叠轧  19
  1.6 镁合金退火再结晶概述  19-21
    1.6.1 退火再结晶现象  19-20
    1.6.2 再结晶退火意义  20
    1.6.3 再结晶形核与核长大  20-21
  1.7 镁及镁合金织构研究  21-23
    1.7.1 织构的定义与发展  21
    1.7.2 镁合金的形变织构  21-22
    1.7.3 镁合金再结晶织构  22-23
  1.8 本文的研究目的和内容  23-24
2. 试验材料及主要研究方法  24-31
  2.1 研究方案  24
  2.2 实验材料及定向凝固实验  24-25
    2.2.1 实验材料  24-25
    2.2.2 定向凝固装置与过程  25
  2.3 实验样品的制备  25-27
    2.3.1 轧卡试件的制备  25-26
    2.3.2 楔形件的制备  26-27
  2.4 退火处理  27
  2.5 主要试验分析方法  27-31
    2.5.1 金相组织观察  27
    2.5.2 变形区内应力-应变场模拟  27-28
    2.5.3 背散射电子衍射(EBSD)测试分析  28-30
    2.5.4 力学性能检测  30-31
3. 轧卡试件变形区组织演变及应力-应变模拟  31-40
  3.1 ANSYS 有限元模拟  31-32
  3.2 轧卡试件变形机制  32-36
  3.3 轧卡试件变形区内应力-应变场对组织演变的影响  36-39
    3.3.1 应力场对变形区微观组织的影响  36-37
    3.3.2 静水压力对变形区组织的影响  37
    3.3.3 等效应变的分布  37-39
  3.4 本章小结  39-40
4. AZ31 镁合金不同退火条件下显微组织观察  40-53
  4.1 不同压下率及不同退火温度条件下显微组织分析  40-45
    4.1.1 10%压下率+260℃、350℃、420℃热处理后显微组织观察  40-41
    4.1.2 30%压下率+260℃、350℃、420℃热处理后显微组织观察  41-43
    4.1.3 50%压下率+260℃、350℃、420℃热处理后显微组织观察  43-45
  4.2 不同压下率及退火温度条件下镁合金力学性能分析  45-48
  4.3 合金在 350℃不同压下率及不同退火时间条件下显微组织分析  48-52
    4.3.1 350℃+20min 热处理后压下率 10%、30%、50%显微组织观察  48-49
    4.3.2 350℃+40min 热处理后压下率 10%、30%、50%显微组织观察  49-50
    4.3.3 350℃+60min 热处理后压下率 10%、30%、50%显微组织观察  50-52
  4.4 本章小结  52-53
5. AZ31 镁合金轧卡件在变形区内的晶粒取向的演变  53-59
  5.1 EBSD 原理简介  53-54
  5.2 镁合金织构随塑性变形的变化规律  54-58
  5.3 本章小结  58-59
6. 结论  59-60
参考文献  60-64
致谢  64-65
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  65-66
作者简介  66-67

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