發(fā)布時(shí)間：2020-04-25 11:34

【摘要】： 鎂合金具有輕量化優(yōu)勢但塑性成形能力不足,其板材的軋制開坯需要巨額設(shè)備投資且生產(chǎn)成本因需多道次反復(fù)軋制退火而高居不下。我國目前僅國防軍工、航天航空領(lǐng)域使用高性能鎂合金板材,主要仍依靠進(jìn)口。對難變形金屬而言,擠壓開坯然后軋制成形是一條有效的板材加工途徑,鎂合金的擠壓開坯軋制需要深入研究,本文選用中等強(qiáng)度高塑性的ZM21鎂錳合金,以及在其中添加高低不同含量Ce合金為研究對象,對其擠壓-縱軋和擠壓-橫軋工藝過程進(jìn)行研究。通過擠壓、軋制等工業(yè)試驗(yàn)、室溫力學(xué)性能測試、顯微組織分析、掃描電鏡斷口形貌觀察,比較研究了擠壓-軋制過程中組織性能各向異性的變化,驗(yàn)證了通過擠壓開坯所用工藝的可行性,初步探索合金含量、軋制方向和軋制壓下量等對擠壓-軋制板材組織性能各向異性影響的基本規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明: ME系鎂合金經(jīng)過420℃×12h均勻化處理后,在420℃以175擠壓比擠壓開坯,可獲得均勻細(xì)小的再結(jié)晶組織,隨著Ce含量的增加,晶粒越細(xì)小,不含Ce的ME0合金(ZM21)的晶粒大小在21um左右,低Ce(0.19%)合金ME3大小為18um,高Ce(0.57%)合金ME7為13um;抗拉強(qiáng)度:ME0在0°和90°方向的強(qiáng)度相當(dāng),均在245MPa和250MPa之間,比45°方向高10MPa以上;除ME7在0°方向增加甚微外,添加高低兩種Ce含量的合金在各方向均增加10MPa以上,相對差異有所減小。屈服強(qiáng)度:除了ME3在0°方向和ME7在90°方向接近150MPa外,其他的各合金個(gè)方向均在135-140MPa之間。延伸率:ME0在0°和90°方向均為10%左右,45°方向?yàn)?2%;添加Ce后個(gè)方向均提高了5-10%,但ME7的90°方向下降到12%。比較IPA指數(shù),ME3具有較佳的強(qiáng)度各向同性和塑性各向同性的組合,其各向異性的表現(xiàn)水平為抗拉強(qiáng)度IPA=1.82%,屈服強(qiáng)度IPA=8.1%;延伸率IPA=23%。三種合金中,ME7平面各向異性指標(biāo)值IPA偏大一些,不添加Ce的ME0和低Ce含量的ME3合金在各向性能的一致性上表現(xiàn)更好。 ME0合金經(jīng)過橫軋和縱軋的變形組織,在壓下量為31%時(shí)都保持了擠壓纖維狀流線特征,在壓下量為44.8%時(shí)側(cè)面和端面為等軸狀組織。軋后晶粒尺寸主要分布在10-20微米。ME0合金強(qiáng)度隨變形量逐漸增大,屈服強(qiáng)度的增大更為明顯;縱軋時(shí),抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度均以90°方向最高而0°方向最低,差異均在40MPa左右;延伸率隨變形量增加先降低后升高,45°方向始終高于其他兩個(gè)方向約5%左右。橫軋時(shí),小變形量時(shí)強(qiáng)度在90°方向略高出約40MPa,當(dāng)變形量增加到45%時(shí),抗拉強(qiáng)度在280左右,屈服強(qiáng)度在220左右,各方向差異不超過10兆帕;延伸率在低變形量時(shí)以90°高出0°方向近一倍,但變形量達(dá)到45%時(shí),各方向基本上完全等值。橫軋相比縱軋更有利于ME0合金維持各向力學(xué)性能指標(biāo)的一致性。 ME3合金經(jīng)過縱軋和橫軋均需要45%以上的變形量才可獲得完全等軸組織,且組織非常細(xì)小,晶粒尺寸主要分布在5微米左右;強(qiáng)度均隨橫軋和縱軋變形量的增加而先增加,超過44.8%后性能減少;縱軋的延伸率一致性較強(qiáng),在變形量為66.5%時(shí)三向均在17-18%之間,橫軋的延伸率45°方向始終最大并隨變形量增加從12%緩慢提升到16%左右,90度方向在44.8%壓下量之前最低,到變形量為66.5%時(shí)跟45°方向持平�？v軋更有利于ME3合金獲得綜合性能的各項(xiàng)一致性。 ME7合金隨縱軋變形量的增加,抗拉強(qiáng)度在270-310MPa范圍內(nèi)變化,屈服強(qiáng)度在從44.8%繼續(xù)軋制到66.5%時(shí),有顯著180-230MPa的顯著提升;延伸率隨變形量增大輕微減弱,但三向大小較一致。ME7合金隨縱軋變形量的增加,抗拉強(qiáng)度在270MPa-310MPa范圍內(nèi)變化,屈服強(qiáng)度在從44.8%繼續(xù)軋制到66.5%時(shí),從180MPa顯著提升到230MPa;延伸率隨變形量增大明顯減弱,0°方向尤其嚴(yán)重。橫軋后強(qiáng)度較擠壓態(tài)提高了平均約70MPa以上,但強(qiáng)度隨變形量的增加而繼續(xù)提高不明顯,且軋制后延伸率反而下降約一半,在90°方向下降尤其嚴(yán)重。 比較橫軋和縱軋,發(fā)現(xiàn)橫軋一定程度上可以得到組織更為均勻的板材,特別是橫軋變形比較小的時(shí)其組織均勻性更好,有利于各向異性的控制。而縱軋?jiān)谧冃瘟吭龃蟮捷^大程度時(shí),有利于各項(xiàng)性能的一致。比較三種合金軋制板材的IPA,發(fā)現(xiàn)ME7的各向異性明顯高于其他兩個(gè)系列,ME0和ME3則差別不大。ME0合金宜采用橫軋的方式,在壓下量達(dá)到44.8%以上時(shí)各種性能的各向一致性較強(qiáng),且抗拉強(qiáng)度三向分布在258Mpa—295MPa之間,屈服強(qiáng)度分布在173Mpa—203Mpa之間,延伸率分布在11.2%—22%之間。ME3合金宜采用縱軋的方式,隨著壓下量的增大延伸率各向一致性顯著提升,強(qiáng)度各向一致性也較好,在66.5%壓下量時(shí),三向抗拉強(qiáng)度在244-267MPa之間,屈服強(qiáng)度分布在135-138MPa之間,延伸率在17.3-18.1%之間。
【圖文】：

屬鎂及其合金作為二十一世紀(jì)的“綠色”工程材料，具有鋁和鋼，其比強(qiáng)度高、減振性、電磁屏蔽和抗輻射能力強(qiáng)，易切削加工列優(yōu)點(diǎn)。因而廣泛的應(yīng)用在汽車、電子、電器、交通、航天、航業(yè)領(lǐng)域[1]。鎂合金的這一系列優(yōu)點(diǎn)順應(yīng)了目前結(jié)構(gòu)輕量化及環(huán)境而鎂和鎂合金的研究已成為熱點(diǎn)。的基本性質(zhì)的原子序數(shù)為 12，相對原子質(zhì)量為 24.32，電子結(jié)構(gòu)為 1S22S22P63中第 3 周期第 2 族。鎂的晶體結(jié)構(gòu)為密排六方，在 298℃時(shí)的晶格2nm，c=0.5199nm；晶胞的軸比為 c/a=1.6237。配位數(shù)等于 12 時(shí)162nm。鎂的其他一些重要的物理參數(shù)見表 1.1[2]。屬于密排六方晶體結(jié)構(gòu)，在室溫下只有一個(gè)滑移面（0001）及該密排方向[ 11 20]、[2110]、[1210]組成的 3 個(gè)滑移系，見圖 1.1。心立方相比，鎂的室溫塑性很差，塑性變形需要更多地依賴孿生接做為結(jié)構(gòu)材料。純鎂的力學(xué)性能見表 1.2。

Mg-Al 系列。含鋯鎂合金和不含鋯鎂合金中均既包含變形鎂合金，又包含鑄造鎂合金。圖1.2 變形鎂合金與砂鑄、壓鑄鎂合金性能Figure 1.2 Properties of sand casting alloys， die casting alloys and wrought alloys根據(jù)加工方式的不同，鎂合金材料主要分為鑄造鎂合金與變形鎂合金兩大類[8]。前者主要通過鑄造獲得鎂合金產(chǎn)品。傳統(tǒng)的鑄造工藝比較成熟，近年來，鑄造領(lǐng)域中一些新的生產(chǎn)工藝和技術(shù)，，如壓力鑄造(Die casting)技術(shù)[8～12]，半固態(tài)成型(Semi-solid forming)技術(shù)[12～17]以及 ThixomoldingTM專利技術(shù)[8，18]，都被用來開發(fā)新型鎂合金材料
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TG146.22

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 肖磊;雙輥鑄軋寬幅鎂合金薄板溫度場與鑄軋力研究[D];重慶大學(xué);2012年

本文編號：2640203