擠壓坯預(yù)成形模壓成形過程中鎂合金組織與性能的演變.pdf

1、一次封閉模壓擠壓預(yù)成形型材,是高材料利用率、短流程、高效率生產(chǎn)高品質(zhì)鎂合金鍛件的新方法。盡管在鎂合金擠壓變形規(guī)律、組織性能檢測及工藝?yán)碚摶A(chǔ)上目前投入了大量人力物力,形成了巨量的文獻(xiàn)報道,但迄今仍然鮮有對鎂合金擠壓變形材在封閉模壓過程中的組織和性能演變的實(shí)驗(yàn)觀察和理論研究報道。本文通過對典型鎂合金的擠壓變形組織在封閉熱模壓過程中的演化及其對機(jī)械性能的影響進(jìn)行深入系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究和理論分析,探明鎂合金擠壓變形型材在封閉模壓過程中的組織和性能

2、演變規(guī)律,為奠定擠壓預(yù)成形模壓成形技術(shù)的理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)提供了一定實(shí)驗(yàn)依據(jù)。為此,以擠壓態(tài)AZ81鎂合金為主要研究對象,用半連續(xù)鑄坯擠壓制備了具有鍛件二維幾何特征的預(yù)成形坯型材,截取與鍛件等體積的模壓坯料,然后對截斷型材用封閉模壓方法一次模壓成形獲得最終成形鍛件。采用Gleeble1500熱力模擬機(jī)對擠壓態(tài)AZ81鎂合金的熱壓縮變形行為進(jìn)行分析研究,為確定模壓成形工藝參數(shù)的制定提供一定的理論依據(jù),然后對進(jìn)行模壓成形試驗(yàn),采用金相、SEM、

3、EBSD、常溫拉伸和硬度檢測等檢測手段,深入分析了鎂合金在擠壓預(yù)成形坯模壓成形過程中的材料內(nèi)部組織及力學(xué)性能的演變規(guī)律,對擠壓預(yù)成形坯模壓近(或凈)終成形工藝的經(jīng)濟(jì)性及可行性進(jìn)行了探討。主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下：
　　 (1)研究了擠壓工藝對鎂合金組織與力學(xué)性能的影響,并通過SEM分析了擠壓工藝對鎂合金斷裂機(jī)制的影響。研究表明在熱擠壓過程中發(fā)生了動態(tài)再結(jié)晶,合金的晶粒在熱擠壓過程中產(chǎn)生了明顯細(xì)化。擠壓比相同時,隨擠壓溫度的升高,基

4、體的再結(jié)晶程度增加,合金的晶粒在370℃,擠壓速度6～20mm/s時,晶粒最細(xì),力學(xué)性能最好,溫度繼續(xù)升高,合金的再結(jié)晶晶粒尺寸逐漸增大；擠壓溫度相同時,擠壓比越大,基體的再結(jié)晶就越完全,晶粒分布越均勻,合金的晶粒尺寸也隨之減小,抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度及伸長率得到大幅改善。與鑄態(tài)合金相比,通過擠壓方法提高了合金的屈服強(qiáng)度的同時還提高了鎂合金的塑性,為后續(xù)的模壓成形提供了高品質(zhì)的預(yù)成形模壓坯料；
　　 (2)研究了擠壓態(tài)AZ81鎂合金

5、高溫壓縮變形行為。合金在高溫壓縮過程中表現(xiàn)為典型的動態(tài)再結(jié)晶特征。溫度較低或應(yīng)變速率較高時,流變曲線所達(dá)到的峰值應(yīng)力較大,而在相同應(yīng)變速率下,峰值應(yīng)變隨溫度升高而明顯減小；流變應(yīng)力、應(yīng)變速率和變形溫度之間的關(guān)系可用雙曲正弦函數(shù)A[sinh(ασ)]n=εexp(Q/RT)表示,其中平均激活能Q=182.17K/mol,應(yīng)力指數(shù)α=O.0043Mpa-1,應(yīng)力指數(shù)n=4.4865,其高溫塑性流變行為的本構(gòu)方程為：ε=8.9057×1012

6、[sinh(0.0043σ)]4.4865 exp(-182170/RT)；峰值應(yīng)變與變形條件(Z參數(shù))之間滿足關(guān)系式：εp=5.06x10-4 Z0.1098。
　　 (3)對擠壓態(tài)AZ81鎂合金進(jìn)行熱加工性能進(jìn)行分析,根據(jù)功率耗散圖及失穩(wěn)圖制定模壓成形工藝,并對模壓成形后試樣的顯微組織及力學(xué)性能進(jìn)行了研究,結(jié)果表明:經(jīng)400℃模壓變形后,合金的晶粒在三向壓力及擠壓態(tài)下等軸晶粒沿模壓方向被拉長或被破碎成無數(shù)個細(xì)小單元個體,試樣

7、斷面易形成強(qiáng)烈的纖維組織,力學(xué)性能較擠壓態(tài)時有較大幅度的提高,擠壓態(tài)AZ81鎂合金的抗拉強(qiáng)度σb=331MPa；屈服強(qiáng)度σs=236.7MPa；延伸率δ=16.6％；模壓成形后σb=350.2Mpa,σs=244.8MPa；δ=16.1％；經(jīng) T6熱處理后合金,AZ81鎂合金的抗拉強(qiáng)度改善不明顯,而屈服強(qiáng)度有了明顯的改善,但延伸率顯著下,其力學(xué)性能為σb=358.5Mpa,σs=270.7MPa；δ=9.8％；
　　 (4)模壓

8、成形過程中,合金顯著細(xì)化,擠壓態(tài)時晶粒平均尺寸為3.5μm；當(dāng)變形量較小時,晶粒有長大趨勢,隨變形量增至30％時,晶粒細(xì)化至2～3μm,晶粒細(xì)化不明顯,當(dāng)變形量增加到50％～60％,由于外加機(jī)械強(qiáng)應(yīng)力作用,晶粒細(xì)化至1～2.5μm,擠壓板主要以基面織構(gòu)(basal texture){0001}<1010>為主,且與擠壓方向平行,隨變形量的增加,合金內(nèi)部晶粒在剪切內(nèi)應(yīng)力作用下,沿晶界發(fā)生一定角度的轉(zhuǎn)動,并隨變形量的增加,初始基面織構(gòu)及晶粒

9、取向的變化越明顯,但織構(gòu)強(qiáng)度較擠壓態(tài)時變?nèi)?基面的擇優(yōu)取向(Preferential orientation)偏離了ED方向,向FD方向集中,隨變形量的增加,由于非基面滑移開動,織構(gòu)方向偏離擠壓方向,而向模壓方向偏轉(zhuǎn),且晶粒取向差分布逐漸轉(zhuǎn)向大角方向,在模壓過程中易于形成與模壓方向垂直的織構(gòu)；擠壓預(yù)成形坯模壓復(fù)合成形過程中,晶粒細(xì)化是提高合金力學(xué)性能的重要手段,而合金的織構(gòu)對材料的力學(xué)性能起著重要的作用。
　　 (5)分析了擠壓