本文關(guān)鍵詞： 水下攪拌摩擦加工 AZ系鎂合金 細(xì)晶組織 力學(xué)性能 熱處理　出處：《華南理工大學(xué)》2015年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：作為最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料,鎂合金具有比強(qiáng)度和比剛度高、加工性能優(yōu)良、資源豐富和易于回收再利用等優(yōu)點(diǎn),在汽車(chē)、航空和航天等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。盡管如此,大多數(shù)鎂合金為密排六方晶體結(jié)構(gòu),塑性變形能力較差,故鎂合金的成形加工和工業(yè)應(yīng)用均受到一定的限制。細(xì)化晶粒已被證明是提高鎂合金力學(xué)性能的有效途徑。攪拌摩擦加工是一種新型的劇塑性變形加工技術(shù),它具有應(yīng)變速率高、塑性變形量大等特點(diǎn),在制備細(xì)晶乃至超細(xì)晶金屬材料方面具有較大的潛力。水下攪拌摩擦加工因冷卻速度快而具有更為顯著的晶粒細(xì)化效果。鑒于此,本課題以AZ系鎂合金(軋制單相AZ31鎂合金和鑄態(tài)雙相AZ91鎂合金)為研究對(duì)象,考察水下攪拌摩擦加工工藝對(duì)材料組織的影響,分析材料的組織演變機(jī)理,通過(guò)工藝參數(shù)優(yōu)化,制備細(xì)晶鎂合金,并深入考察該類(lèi)新材料的組織與力學(xué)行為特性,尤其是超塑性變形行為,為攪拌摩擦加工細(xì)晶鎂合金材料的制備及其應(yīng)用提供理論依據(jù)和關(guān)鍵技術(shù)。首先,分別在空氣中和水下對(duì)軋制單相AZ31鎂合金進(jìn)行攪拌摩擦加工,研究旋轉(zhuǎn)速度對(duì)兩種攪拌摩擦加工合金組織和力學(xué)性能的影響,記錄加工過(guò)程中的熱歷史,從組織演變和溫度測(cè)量方面探討不同介質(zhì)中攪拌摩擦加工AZ31鎂合金的組織細(xì)化機(jī)理。隨著旋轉(zhuǎn)速度的增加,空氣中和水下攪拌摩擦加工合金攪拌區(qū)的面積、底部尺寸和平均晶粒尺寸均增加。與空氣中加工相比,水下攪拌摩擦加工可以制備組織更為細(xì)小的AZ31鎂合金。溫度預(yù)測(cè)和組織觀察表明兩種加工過(guò)程中的組織細(xì)化機(jī)制均為連續(xù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。攪拌摩擦加工后,合金攪拌區(qū)的顯微硬度大幅提高。此外,兩種攪拌摩擦加工AZ31鎂合金的抗拉強(qiáng)度均較母材有所降低、伸長(zhǎng)率則顯著提高。隨著旋轉(zhuǎn)速度的增加,兩種加工合金的抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率均降低。水下攪拌摩擦加工合金具有比空氣中加工合金更優(yōu)異的綜合力學(xué)性能。其次,選擇鑄態(tài)雙相AZ91鎂合金為研究對(duì)象,系統(tǒng)分析隨著加工參數(shù)(旋轉(zhuǎn)速度和加工速度)的變化,空氣中和水下攪拌摩擦加工合金顯微組織、顯微硬度和拉伸性能的變化規(guī)律,同時(shí)重點(diǎn)比較兩種加工合金的顯微組織、熱歷史和力學(xué)性能,探討在不同介質(zhì)中的晶粒細(xì)化機(jī)制。由于第二相的存在,攪拌摩擦加工可以制備比AZ31鎂合金組織更細(xì)小的AZ91鎂合金。此外,空氣中和水下攪拌摩擦加工合金攪拌區(qū)的晶粒尺寸隨著旋轉(zhuǎn)速度、加工速度呈不同的變化規(guī)律,這主要與材料變形程度和熱量輸入有關(guān)。由于峰值溫度更低、高溫停留時(shí)間更短和冷卻速度更快,故水下攪拌摩擦加工可以制備組織更為細(xì)小、力學(xué)性能更好的AZ91鎂合金。此外,當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度為800 rpm、加工速度為60 mm/min時(shí),水下攪拌摩擦加工技術(shù)可以制備本實(shí)驗(yàn)晶粒尺寸最為細(xì)小的AZ91鎂合金(1.2μm)。第三,在攪拌摩擦加工制備的AZ31和AZ91鎂合金的基礎(chǔ)上,分別選擇旋轉(zhuǎn)速度900 rpm、加工速度60 mm/min的空氣中和水下攪拌摩擦加工AZ31鎂合金以及旋轉(zhuǎn)速度800 rpm、加工速度60 mm/min的空氣中和水下攪拌摩擦加工AZ91鎂合金進(jìn)行高溫拉伸,對(duì)超塑性變形過(guò)程中的組織演變、變形機(jī)制和斷裂機(jī)制進(jìn)行研究。結(jié)果表明,與AZ31相比,AZ91鎂合金具有良好的超塑性,尤其在623 K和2×10-2 s-1時(shí),超塑性伸長(zhǎng)率高達(dá)990%,材料具有優(yōu)異的高應(yīng)變速率超塑性。通過(guò)組織觀察和激活能計(jì)算可知,晶界滑移是主要的超塑性變形機(jī)制。在變形過(guò)程中,孔洞主要在晶界三交叉處和第二相顆粒附近出現(xiàn),組織的粗化、孔洞的長(zhǎng)大與連接為主要的斷裂機(jī)制。最后,在攪拌摩擦加工AZ91鎂合金組織、常溫力學(xué)性能和超塑性等研究的基礎(chǔ)上,對(duì)不同初始狀態(tài)下(鑄態(tài)和鑄態(tài)經(jīng)預(yù)先固溶處理)AZ91鎂合金進(jìn)行攪拌摩擦加工,研究攪拌摩擦加工合金組織和力學(xué)性能的變化,并對(duì)加工合金進(jìn)行隨后時(shí)效熱處理,探究時(shí)效處理對(duì)合金第二相析出和力學(xué)性能的影響,分析熱處理對(duì)水下攪拌摩擦加工合金超塑性性能的影響。預(yù)先固溶處理可使攪拌摩擦加工合金晶界處β-Mg17Al12相充分溶解到基體中。時(shí)效處理可使β-Mg17Al12相在晶內(nèi)連續(xù)析出和晶界非連續(xù)析出。預(yù)先固溶處理可顯著改善合金的塑性,隨后時(shí)效處理則可大幅提高合金的強(qiáng)度。此外,水下攪拌摩擦加工合金經(jīng)固溶時(shí)效熱處理后具有良好的超塑性性能。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TG306;TG146.22

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 尉胤紅,王渠東,劉滿(mǎn)平,丁文江;鎂合金超塑性的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J];材料導(dǎo)報(bào);2002年09期

2 陳振華;許芳艷;傅定發(fā);夏偉軍;;鎂合金的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶[J];化工進(jìn)展;2006年02期

3 李忠盛;潘復(fù)生;張靜;;AZ31鎂合金的研究現(xiàn)狀和發(fā)展前景[J];金屬成形工藝;2004年01期

4 張菊梅;蔣百靈;王志虎;袁森;夏鵬舉;;固溶及時(shí)效處理對(duì)AZ80鎂合金顯微組織的影響[J];金屬熱處理;2007年10期

5 金軍兵;王智祥;劉雪峰;謝建新;;均勻化處理對(duì)AZ91鎂合金組織和力學(xué)性能的影響[J];金屬學(xué)報(bào);2006年10期

6 李宏戰(zhàn);夏蘭廷;師素粉;;鎂及鎂合金的晶粒細(xì)化[J];鑄造設(shè)備研究;2007年05期

7 杜興蒿;武保林;;Using friction stir processing to produce ultrafine-grained microstructure in AZ61 magnesium alloy[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2008年03期

8 劉會(huì)杰;張會(huì)杰;黃永憲;于雷;;Mechanical properties of underwater friction stir welded 2219 aluminum alloy[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2010年08期

9 汪凌云,黃光勝,范永革,黃光杰;變形AZ31鎂合金的晶粒細(xì)化[J];中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào);2003年03期

10 劉楚明;劉子娟;朱秀榮;周海濤;;鎂及鎂合金動(dòng)態(tài)再結(jié)晶研究進(jìn)展[J];中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào);2006年01期

，

本文編號(hào)：1480544