AZ91鎂合金高溫變形行為的實驗研究與數(shù)值模擬.pdf

1、本文通過實驗和計算機模擬的方法研究了AZ91鎂合金的高溫變形行為。論文主要考察了變形條件對合金變形過程中動態(tài)再結(jié)晶的影響，利用背散射電子衍射技術(shù)分析了該合金在高溫變形過程中發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶時的組織演變、晶界取向差的變化，研究了第二相粒子對動態(tài)再結(jié)晶形核及合金力學(xué)性能的影響。建立了適用于模擬AZ91熱壓縮變形中動態(tài)再結(jié)晶行為的元胞自動機模型，模型中充分考慮了形核率、臨界形核密度、位錯密度增長及晶粒生長驅(qū)動力等多方面因素，重點考察了第二相粒子

2、對位錯密度增長及晶界遷移的影響，利用數(shù)值計算結(jié)果分析了合金的動態(tài)再結(jié)晶動力學(xué)、再結(jié)晶晶粒尺寸變化特征、第二相粒子對再結(jié)晶晶粒形核的影響及第二相粒子的分布特征等內(nèi)容，并與實驗結(jié)果進行了比較。在此基礎(chǔ)上，開發(fā)了AZ91合金熱壓縮過程中變形行為的數(shù)值模擬軟件。本文主要研究結(jié)果如下： 1．AZ91合金在熱擠壓過程中發(fā)生了動態(tài)再結(jié)晶，擠壓態(tài)合金的晶粒明顯細化。擠壓比相同時，隨擠壓溫度升高，基體的再結(jié)晶程度增加，再結(jié)晶晶粒平均尺寸增大；當擠

3、壓溫度相同時，隨擠壓比增大，基體的再結(jié)晶程度增加，再結(jié)晶晶粒分布均勻性增強，在動態(tài)再結(jié)晶發(fā)生完全的情況下，合金的平均晶粒尺寸隨擠壓比增大而減?。?2．與鑄態(tài)AZ91合金相比，均勻化處理可以降低合金的抗拉強度、提高其延伸率；擠壓變形同時提高了合金的抗拉強度和延伸率，隨擠壓比增大或擠壓溫度增加，合金的抗拉強度降低、延伸率增加；與室溫性能相比，在相同的擠壓條件下，150℃下拉伸時合金的抗拉強度較低、延伸率較高； 3．擠壓溫度一

4、定時，隨擠壓比增加，基體中析出相的比例減小、分布更加均勻；擠壓比一定時，隨擠壓溫度升高，基體中析出相的比例減小、分布更加均勻：EBSP分析結(jié)果表明，變形過程中析出的第二相粒子有利于動態(tài)再結(jié)晶形核、晶粒細化； 4．變形溫度是決定AZ91合金熱壓縮變形中動態(tài)再結(jié)晶方式的主要因素，溫度較低(250℃和300℃)時，變形過程中發(fā)生大量孿晶，動態(tài)再結(jié)晶晶粒優(yōu)先在原始晶粒晶界和變形初期產(chǎn)生的大量孿晶處形核；溫度較高(350℃和400℃)時，

5、變形過程中沒有明顯的孿晶現(xiàn)象，動態(tài)再結(jié)晶晶粒在原始晶粒晶界處形核并發(fā)生長大，變形過程中發(fā)生了明顯的多次循環(huán)再結(jié)晶； 5．在Gleeble實驗機上進行高溫壓縮時，隨應(yīng)變量增加，小角度晶界逐漸轉(zhuǎn)變成大角度晶界，2°～4°小角度晶界的分數(shù)降低，4°～15°的小角度晶界及大角度晶界的分數(shù)增加；隨應(yīng)變速率降低，合金穩(wěn)態(tài)組織中的小角度晶界(<15°)的分數(shù)及其長度增加，而大角度晶界(>15°)的分數(shù)及其長度減少； 6．AZ91．合金

6、在擠壓及熱壓縮過程中均易形成強烈的纖維織構(gòu)，不同的是，擠壓后合金基體中基面平行于擠壓方向，而壓縮后合金基體中基面發(fā)生轉(zhuǎn)動并逐漸趨于與壓縮軸成90°方向； 7．溫度較低或應(yīng)變速率較高時，流變曲線所達到的峰值應(yīng)力較大，而在相同的應(yīng)變速率下，峰值應(yīng)變隨溫度升高而明顯減??；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=175.82KJ/mol，應(yīng)力因子

7、a=0.013MPa<'-1>，應(yīng)力指數(shù)，n=5.6；峰值應(yīng)變與變形條件(Z參數(shù))之間滿足關(guān)系式ε<,p>=2.1×10<'-3>Z<'0.124>；-( θ/ σ)-σ曲線因不同溫度下變形機制的不同而變化； 8．DRX-CA模型模擬的AZ91合金熱壓縮過程的應(yīng)力應(yīng)變曲線、組織轉(zhuǎn)變及穩(wěn)態(tài)組織中晶粒尺寸分布和晶粒邊數(shù)分布等計算結(jié)果與實驗結(jié)果吻合良好； 9．變形初始階段，由于再結(jié)晶晶粒形核的發(fā)生，基體內(nèi)晶粒數(shù)量急劇增加，平均

8、晶粒尺寸急劇下降，隨變形量增加，平均晶粒尺寸下降的速率減緩直至達到某一穩(wěn)態(tài)值，且穩(wěn)態(tài)晶粒尺寸隨著變形溫度的升高而增加；初始晶粒平均尺寸呈線性下降直至原始晶粒完全被細小的再結(jié)晶晶粒吞噬，而再結(jié)晶晶粒平均尺寸增加至峰值后緩慢下降至某一穩(wěn)態(tài)值； 10．變形過程中多循環(huán)再結(jié)晶的發(fā)生使流變曲線具有明顯的單峰特征，并使得基體組織即使在原始晶粒完全消失的情況下仍可進一步細化直至穩(wěn)態(tài)； 11．變形過程中不斷析出的第二相粒子有利于動態(tài)再結(jié)