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AZ31镁合金双侧变通道角挤压—冷轧二次变形工艺及组织性能研究

作　者: 袁晗琦
导　师: 刘天模
学　校: 重庆大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: AZ31镁合金变通道角挤压(CCAE) 冷轧二次变形退火
分类号: TG339
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

在等通道角挤压(ECAE)基础上,开发设计了一种新的变通道角挤压技术(Change Channel Angle Extrusion, CCAE),并在此基础上加入轧制工艺,制定出CCAE变形——中间退火——冷轧——最终退火这一工艺流程。本文对AZ31镁合金进行两次塑性变形试验,试寻求能够优化AZ31镁合金性能的较佳工艺路线。论文选取应用较为广泛的AZ31镁合金作为研究对象。采用金相显微分析、显微力学测试、力学性能测试等手段,对各个变形阶段中,试样的显微组织变化及力学性能变化作了观测与分析。具体包括:CCAE温度对试样成型区的影响,CCAE变形过程中试样显微组织演变情况,CCAE态试样室温力学性能;中间退火处理中,退火温度对CCAE态试样显微组织与室温力学性能的影响;冷轧变形量对CCAE退火冷轧态试样显微组织及力学性能的影响;最终退火处理中,退火温度、退火时间分别对试样显微组织及室温力学性能的影响。另外,对影响CCAE变形的主要因素作了讨论,并分析了试样冷轧过程中三向变形情况,运用扫描电镜对CCAE态试样及最终退火态试样的断口作了观察,分析其断裂机理。运用JMAK方程对最终退火处理的再结晶过程作了分析。主要结果如下:CCAE变形工艺对AZ31镁合金的晶粒细化效果非常明显,并且该工艺简单生产效率高。但CCAE态试样的显微组织中仍具有明显长条状晶粒,晶粒分布不均匀,其中最高抗拉强度为265MPa,最高屈服强度为167MPa,最大延伸率为14.2%,需要对其作进一步的加工以提高CCAE态试样力学性能。中间退火能够消除CCAE变形后试样产生的长条晶。针对冷轧变形量为15%的试样进行的最终退火处理中,试样最高抗拉强度为286MPa,最高屈服强度为185MPa,最大延伸率为19.8%。CCAE——冷轧工艺中,冷轧变形量15%的AZ31镁合金试样较优变形工艺为:250℃C CAE变形后进行300℃,2h中间退火处理,于室温冷轧变形15%,最后进行250℃下保温2h的最终退火处理。通过经典的动力学公式计算,得到最终退火处理的动力学曲线。与单一的CCAE变形工艺相比,CCAE——冷轧二次变形工艺有效提高了试样的性能。CCAE态镁合金试样的断裂方式为准解理,经二次变形后,最终退火态试样的断裂方式为韧性断裂。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-9
1 绪论  9-27
  1.1 概述  9
  1.2 镁及其合金的性能及应用  9-14
    1.2.1 镁及其合金的性能  9-12
    1.2.2 镁及其合金的应用  12-14
  1.3 AZ31 镁合金的研究  14-16
    1.3.1 合金元素对AZ31 镁合金的影响  14-15
    1.3.2 AZ31 镁合金室温力学性能  15-16
  1.4 镁合金的塑性变形  16-19
    1.4.1 镁合金塑性变形机理  17-18
    1.4.2 镁合金塑性加工技术  18-19
  1.5 等通道角挤压  19-23
    1.5.1 ECAE 工艺  20-22
    1.5.2 ECAE 存在的问题  22-23
  1.6 再结晶退火概述  23-24
    1.6.1 再结晶现象  23
    1.6.2 再结晶退火意义  23
    1.6.3 再结晶形核与长大  23-24
  1.7 动态再结晶概述  24-25
    1.7.1 动态再结晶现象  24
    1.7.2 动态再结晶意义  24-25
    1.7.3 动态再结晶的形核机制  25
  1.8 课题的目的和意义  25-26
  1.9 课题的主要研究内容  26-27
2 试验内容  27-33
  2.1 试验方案  27
  2.2 试验材料  27-28
  2.3 模具设计  28-30
  2.4 CCAE 变形工艺流程  30
  2.5 冷轧变形试验  30
  2.6 中间退火试验  30
  2.7 最终退火试验  30-31
  2.8 试验测试分析方法  31-33
    2.8.1 金相组织观察  31
    2.8.2 显微硬度测定  31
    2.8.3 再结晶晶粒分数测定  31
    2.8.4 力学性能测试  31-32
    2.8.5 扫描电镜观察  32-33
3 AZ31 镁合金 CCAE 变形工艺  33-49
  3.1 CCAE 变形AZ31 镁合金的显微组织演变及分析  33-36
    3.1.1 板材C 区显微组织演变及分析  33-35
    3.1.2 不同区域显微组织演变及分析  35-36
  3.2 CCAE 变形后AZ31 的力学性能  36-39
    3.2.1 室温拉伸性能测试  36-38
    3.2.2 断口形貌  38-39
  3.3 影响CCAE 变形的主要因素  39-43
    3.3.1 金属的强度  39
    3.3.2 摩擦  39-40
    3.3.3 模具内角  40
    3.3.4 预热温度  40-41
    3.3.5 挤压温度  41
    3.3.6 挤压比  41-42
    3.3.7 挤压速度  42
    3.3.8 Zener-Hollomon 参数  42-43
  3.4 变通道角挤压工艺的特点  43
  3.5 CCAE 变形镁合金退火热处理工艺  43-47
    3.5.1 CCAE 退火态试样的显微组织  44-45
    3.5.2 CCAE 退火态试样的力学性能  45-47
  3.6 本章小结  47-49
4 CCAE 退火态试样冷轧工艺  49-63
  4.1 轧前热处理  49
  4.2 变形量对CCAE 退火冷轧态试样组织与性能的影响  49-52
    4.2.1 变形量对试样显微组织的影响  49-51
    4.2.2 变形量对试样力学性能的影响  51-52
  4.3 冷轧过程中试样的变形  52-61
    4.3.1 冷轧时试样高向的变形  53-55
    4.3.2 冷轧时试样纵向的变形  55-57
    4.3.3 冷轧时试样横向的变形  57-61
  4.4 CCAE 退火态试样冷轧的特点  61
  4.5 本章小结  61-63
5 轧后退火工艺  63-87
  5.1 退火处理对冷轧态试样组织的影响  63-69
    5.1.1 退火温度对试样显微组织的影响  63-66
    5.1.2 退火时间对试样显微组织的影响  66-69
  5.2 退火处理对冷轧态试样力学性能的影响  69-76
    5.2.1 退火温度对试样力学性能的影响  69-72
    5.2.2 退火时间对试样力学性能的影响  72-75
    5.2.3 冷轧退火态试样断口形貌  75-76
  5.3 轧后退火工艺的再结晶动力学  76-85
    5.3.1 200℃退火试样再结晶动力学分析  77-79
    5.3.2 退火再结晶激活能与动力学曲线  79-85
  5.4 本章小结  85-87
6 结论  87-89
致谢  89-91
参考文献  91-97
附录  97
  A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录  97
  B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录  97

AZ31镁合金双侧变通道角挤压—冷轧二次变形工艺及组织性能研究

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