变形工艺对镁合金微观组织和力学性能的影响

作     者：孙亚伟 

作者单位：扬州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：金朝阳;眭怀明

授予年度：2022年

学科分类：082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：镁合金 力学性能 ECAP 低温预变形 非对称挤压 

摘      要：近年来,随着我国经济的快速发展,人们的生活水平逐渐提高,汽车开始逐渐走进各家各户,目前,我国已经成为生产和销售汽车数量最大的国家。随着我国汽车数量的快速增加,汽车尾气污染也变得越来越严重,从而造成人类生存环境受到的污染日益加重,给人们的身体健康带来巨大的隐患。此外再加上汽油等能源消耗带来的资源枯竭问题,人们越来越关注汽车的节能、减排和环保性能。对汽车进行整体减重即汽车轻量化是实现汽车节能和环保的最有效方式之一。镁及其合金由于密度低,资源丰富等优点可作为实现镁合金轻量化最优选的材料之一,但是,镁合金室温下塑性较差,强度略低制约了其在汽车上的应用。因此,对镁合金进行塑性变形改善其力学性能,有助于增加镁合金在汽车上的应用范围。本文研究了等通道转角挤压（Equal Channel Angular Pressing,ECAP）、预变形-退火和非对称挤压这三种变形工艺对镁合金微观组织和性能的影响,其中微观组织特征采用光学显微镜、扫描电镜和电子被散射衍射技术进行观测和分析,讨论了镁合金的力学性能与加工工艺、微观组织演化之间的关联。主要研究内容和结论如下:（1）研究了不同ECAP变形工艺对铸态AZ80镁合金微观组织和力学性能的影响,比较了不同变形工艺,如是否进行固溶预处理、不同加工路径、变形温度和压头速率处理制备得到的镁合金的微观组织和力学性能。结果表明在其它加工条件相同的情况下,A路径和应变速率0.2mm/s,ECAP变形得到的镁合金力学性能较为优越,其微观组织具有双峰晶粒尺寸分布特征,屈服强度达到226.1MPa,抗拉强度454.3MPa,伸长率17.5%;此外,经固溶处预理再进行变温ECAP变形的试样获得等轴细晶组织,其屈服强度为215.4MPa,抗拉强度为438.0MPa,延伸率为14.0%。分析认为双峰晶粒尺寸分布镁合金由于粗细晶之间的变形协调作用,以及粗晶对裂纹扩展的阻碍作用,有利于提高镁合金综合力学性能,使得平均晶粒尺寸较大的双峰组织样品力学性能优于平均晶粒尺寸较小的等轴细晶样品。（2）研究了不同方向低温变形复合退火工艺对热轧态AZ31镁合金微观组织和力学性能的影响,比较了经轧制方向（Roll Direction,RD）、横向（Transversel Direction,TD）和法向（Normal Direction,ND）进行单轴压缩变形以及双向压缩变形,随后进行退火处理制备得到镁合金试样的微观组织和力学性能。结果表明RD和TD方向的预压缩变形可成功引入拉伸孪晶,压缩变形量从4%增加到8%时,孪晶数量先增后减;双向压缩-退火处理时,变形产生的大量的孪晶调整了板材织构,同时有助于在退火处理时通过诱发再结晶而减小晶粒尺寸,从而改善合金强韧性配合。其中屈服强度降低最多的为N4R8A样,屈服强度为38.1MPa;延伸率增加最多的为T8R8A样,伸长率为26%。（3）初步研究了非对称挤压（Asymmetric Extrusion,AE）对镁合金板材微观组织和力学性能的影响,热轧态AZ31镁合金在300℃下进行非对称挤压时,平均晶粒尺寸由初始态47.6 μ m细化到16.7 μ m左右,400℃非对称挤压对晶粒尺寸影响不大,但是板材沿TD方向、RD方向、以及与TD和RD呈45°方向上力学性能的差异有所降低。