發(fā)布時(shí)間：2020-03-28 13:22

【摘要】：鎂合金具有低密度、較高的比強(qiáng)度和比剛度等優(yōu)點(diǎn),受到了廣泛的關(guān)注。但是鎂合金成形性能較差,極大地限制了其商業(yè)應(yīng)用。稀土鎂合金具有較好的成形性能,但是大量稀土元素的加入使鎂合金成本大幅度提高,開發(fā)低成本高成形性能的鎂合金可以有效地推動(dòng)鎂合金的應(yīng)用。本課題通過在AZ31鎂合金中加入微量的Ca元素,研究Ca含量對(duì)AZ31合金組織和沖壓性能的影響。之后,選取性能最好的Mg-3Al-1Zn-0.2Ca合金探索軋制退火工藝,并通過成形性能的差異優(yōu)化軋制退火工藝。最后,在AZ31和Mg-3Al-1Zn-0.2Ca合金中加入廉價(jià)的稀土元素Ce,研究Ce和/或Ca對(duì)AZ31合金組織、成形性能和力學(xué)性能的影響機(jī)理。所得主要結(jié)論如下:(1)擠壓態(tài)AZ31合金板材具有強(qiáng)烈的基面織構(gòu),合金中加入的Ca元素含量越大,擠壓態(tài)合金再結(jié)晶越充分,在熱軋過程中Ca元素可以減少組織中剪切帶的數(shù)量并促進(jìn)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。隨著Ca含量的增加,軋制退火態(tài)板材的基面織構(gòu)強(qiáng)度逐漸減弱,Mg-3Al-1Zn-0.2Ca合金的基面織構(gòu)強(qiáng)度為3.5,而且Mg-3Al-1Zn-0.12Ca和Mg-3Al-1Zn-0.2Ca合金板材的織構(gòu)基極向TD發(fā)散。隨著Ca含量的增加,AZ31合金板材的室溫成形性能逐漸提高,Mg-3Al-1Zn-0.2Ca合金的Erichsen值為6.5 mm,板材的平面各向異性減弱。板材各向異性的變化與基面織構(gòu)的分布有關(guān),Mg-3Al-1Zn-0.12Ca和Mg-3Al-1Zn-0.2Ca合金板材的Δr值分別為0.17和0.18。(2)軋制溫度為450℃或道次壓下率為20%時(shí),合金薄板具有較弱的基面織構(gòu),可以提高薄板的室溫成形性能。在300℃~450℃范圍內(nèi),室溫成形性能隨退火溫度升高而降低。最優(yōu)的軋制退火工藝為每道次壓下率20%,軋制溫度450℃,最終退火溫度為300℃。此時(shí)Mg-3Al-1Zn-0.2Ca薄板的平均晶粒尺寸約為6μm,基面織構(gòu)強(qiáng)度為3.5,室溫Erichsen值為6.5 mm,具有優(yōu)良的室溫成形性能。(3)Ca和Ce均可以促進(jìn)鎂合金動(dòng)態(tài)再結(jié)晶形核,使擠壓態(tài)板材再結(jié)晶晶粒更加均勻細(xì)小,從而弱化擠壓態(tài)板材的基面織構(gòu)。Ca和Ce可以弱化軋制退火態(tài)板材的基面織構(gòu),Mg-3Al-1Zn-0.2Ce-0.2Ca合金的基面織構(gòu)最弱,基面織構(gòu)強(qiáng)度為3.2。Ca元素還改善了板材的基面織構(gòu)分布,Mg-3Al-1Zn-0.2Ca和Mg-3Al-1Zn-0.2Ce-0.2Ca板材的基面織構(gòu)基極向TD發(fā)散,織構(gòu)的改善主要是由于合金元素引起的滑移系的改變。Ca和Ce使AZ31板材的r值和各向異性降低,其中Mg-3Al-1Zn-0.2Ce-0.2Ca板材的r值最低,各向異性最弱,其r值為1.05,Δr值為0.04,板材各向異性的降低與其織構(gòu)改善密切相關(guān)。Ca和Ce大幅提高了AZ31合金板材的室溫成形性能,其中Mg-3Al-1Zn-0.2Ce-0.2Ca板材的埃利克森值最大,室溫成形性能的提高可以歸因于織構(gòu)的改善、較小的r值和較大的n值。
【圖文】：

圖 1.1 鑄造鎂合金與變形鎂合金的屈服強(qiáng)度對(duì)比[7]Fig. 1.1 Tensile properties of magnesium alloys produced by different metho Zr 是鎂合金中的主要合金化元素，根據(jù)是否含鋁可以將鎂合和無鋁鎂合金兩類，商業(yè)鎂合金也可以按照是否含鋯劃分為含合金。鋯元素在鎂合金中可以起到顯著地細(xì)化晶粒的作用，但形成穩(wěn)定的金屬間化合物，使得含鋁的 AK 型鎂合金無法開金塑性變形機(jī)制準(zhǔn)大氣壓下，純鎂為密排六方晶體結(jié)構(gòu)，如圖 1.2 所示，晶格m，c = 0.52105 nm，軸比 c/a = 1.624，，與密排六方晶體的理論。在鎂的晶胞中，<11-20>晶向是原子排列最緊密的方向，{00緊密的面。在晶體發(fā)生塑性變形時(shí)，滑移面和滑移方向通常是排列最緊密的晶面和晶向。金屬的塑性變形能力由滑移系啟動(dòng)移系的啟動(dòng)又由其臨界剪切應(yīng)力(CRSS)決定。在溫度較低時(shí)，

錐面滑移c+a 滑移 {11-21}<11-23> 5c+a 滑移 {11-22}面滑移系的激活對(duì)于改善鎂合金的塑性變形能力至關(guān)重要，鎂取決于材料本身的組織結(jié)構(gòu)，還與變形工藝的參數(shù)有關(guān)。影響的因素主要有合金元素、變形速度、變形溫度、晶粒取向和晶粒會(huì)影響鎂合金材料的滑移類型，在不同的變形溫度下，可以啟在溫度低于 225 ℃時(shí)，鎂合金的塑性變形主要是依靠滑移和孿是 {0002}<11-20> 基面滑移。這是由于在此溫度范圍內(nèi)，基面容易被激活的滑移系，基面滑移系啟動(dòng)所需的 CRSS 遠(yuǎn)小于非晶體中約為柱面滑移、錐面滑移等非基面滑移的 1/100[8]。當(dāng)溫上，原子活動(dòng)能力增強(qiáng)，基面滑移系與非基面滑移系啟動(dòng)所需的棱柱面和錐面等非基面滑移系可以被激活，使得鎂合金的塑性。圖 1.3 為不同溫度下，多晶體鎂中基面滑移系和非基面滑移系
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG146.22

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2604506