Mg-Al-Ca-Mn镁合金丝材微观组织及力学性能研究

作     者：左静 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐超

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：Mg-Al-Ca-Mn 拉拔 晶界偏析 再结晶 应变协调 

摘      要：未来的汽车行业的发展趋势是轻量化。随着汽车电子设备的增加,汽车线束在汽车零件中占比逐渐增加,因此汽车线束的轻量化变得越来越重要。镁合金是汽车减重的理想材料。因此轻质高强的镁合金材料的开发是非常必要的。本文采用Mg-0.98Al-0.15Ca-0.3Mn(at%)镁合金铸锭,通过反挤压、热拉拔和冷拉拔结合的变形工艺,制备出直径为Φ0.95 mm的低合金化高强韧Mg-Al-Ca-Mn镁合金丝材。本文系统地研究了丝材微观组织、热处理工艺以及晶间协调作用对局域应变的影响,以期获得综合力学性能良好的Mg-Al-Ca-Mn镁合金丝材。研究表明,丝材明显发生了晶界偏析,此现象不仅辅助细化晶粒,而且影响动态再结晶机制从而弱化织构。同时大量Al-Mn、Al-Ca析出相弥散分布于基体,阻碍位错运动,导致位错缠结。因此亚微米级晶粒导致的细晶强化以及晶界偏聚强化和位错强化使得直径Φ2.40 mm丝材的强度(σ=394 MPa、σ=431 MPa)超过所报道的其它变形镁合金。退火之后丝材微观组织明显发生变化,织构的显著演化表明取向的晶粒优先生长。此外随着退火温度或者退火时间的增加,再结晶晶粒均匀性提高,晶粒取向逐渐随机。均匀分布的晶粒有利于均匀塑性变形,而晶体取向随机有利于协调塑性变形,从而提升塑性。时效硬化效果与退火工艺有关。500℃退火10 min然后在200℃进行45min时效的热处理工艺下,镁合金丝材的强度、塑性均得到了提升。由于G.P区的沉淀以及基面织构弱化的协同作用,导致峰时效处理后,丝材屈服强度提高的同时,延展性能够继续保持,突破传统材料强塑性倒置关系瓶颈问题。时效态丝材室温拉伸变形时非基面滑移开动且产生{10(?)2}拉伸孪晶,由于晶粒尺寸小,限制了孪晶的产生,因此孪生不是主要的变形机制。滑移系的开动与Schmid因子和几何协调因子m都有关系。变形过程中局域应变分布是不均匀的,随着宏观应变量的增大,局域应变分布不均匀性先增强后减弱。为协调晶间变形,发生基面-锥面滑移转移以及滑移诱导孪生,但滑移转移为主要的协调晶间应变的机制,且晶界两侧的取向差对滑移转移有显著的影响。