AZ31镁合金的力学性能及其微观结构研究

IMR OpenIR

	AZ31镁合金的力学性能及其微观结构研究
其他题名	Microstructure and Properties of AZ31 wrought alloys
	邱玮
学位类型	博士
导师	韩恩厚
	2008-09-20
学位授予单位	中国科学院金属研究所
学位授予地点	金属研究所
学位专业	腐蚀科学与防护★
关键词	变形镁合金织构添加元素析出相热处理变形行为动态再结晶
摘要	近年来随着人们对能源危机的认识和环保意识的增强，镁合金以其密度低、比强度高、导电导热性好、无毒、对环境无污染、易回收利用等优点在汽车、电子产品和航空航天等领域得到越来越广泛的应用。变形镁合金的综合性能优于铸造镁合金，但在研究和应用上远远落后，因此很有必要加强对变形镁合金的研究，进一步拓宽镁合金的应用范围。本文系统地研究了微量添加元素对AZ31镁合金结构和性能的影响。主要包括了：AZ31镁合金在挤压过程中形成的织构及其对镁合金性能的影响；Al元素和热处理对AZ31镁合金结构和性能的影响；混合稀土和热处理工艺对AZ31镁合金结构与性能的影响；AZ31+0.1RE合金的中温变形行为；Nd元素及热处理工艺对AZ31镁合金结构与性能的影响；AZ31+0.6Nd合金的高温变形行为；挤压-轧制工艺及后续热处理对AZ31镁合金结构和性能的影响。本文所取得的主要结论如下： AZ31镁合金在热挤压过程中发生了动态再结晶，再结晶后在挤压板上形成的主要织构为(110) <0001>，因而合金在挤压方向上的强度优于横向，而横向的延伸率优于挤压方向，性能的差异主要是由织构引起的。AZ系列镁合金中加入少量Mn元素后，形成AlMn相；随着Al含量的增加，镁基体中生成少量的β相。合金的强度随着Al含量的增加而增加，但塑性先增加后降低。AZ31镁合金在573K和623K退火10h后，强度与挤压态相比基本不变，塑性呈现微小的下降趋势；而在733K退火10h后，强度和塑性明显下降。 AZ31+RE合金主要由镁基体，块状和棒状Al11RE3相构成，合金中还存在少量块状的Al8Mn4RE相。Al11RE3相将提高合金的强度和降低合金的塑性；Al8Mn4RE相也会提高合金强度。加入混合稀土后，随着混合稀土含量的增加，析出相增多，且Al消耗增多，合金的强度基本不变，塑性先降后升。不同应变速率变形时，AZ31+RE合金在1.04×10-4s-1下显示出最佳延伸率，随着应变速率的增加，延伸率的变化无明显的规律。AZ31+0.1RE（R2）合金在623K退火5h后，强度和塑性与挤压态相比基本不变；而AZ31+0.2RE（R3）合金在723K退火2h后，强度略微下降，塑性略微提高。在AZ31+RE合金中，晶粒尺寸、固溶Al、Al11RE3相和晶粒取向影响合金的强度，而晶粒尺寸、析出相和晶粒取向影响合金的塑性。对在393-453K下，不同温度和应变速率下R2合金性能研究表明。在同一应变速率下，随着变形温度的升高，合金的压缩强度逐渐降低，而在同一温度下，随着变形速率的增加，合金的压缩强度逐渐提高。R2合金中的Al11RE3相将提高合金的中温强度。R2合金393-453K压缩变形时，在晶界和孪晶界处形成再结晶晶粒。再结晶晶粒形成后，其内部位错密度极低，在应力作用下易于滑移，再结晶晶粒和未再结晶晶粒之间的能量差、位错密度差是其不断向周围区域生长的驱动力。 R2合金在应变速率1×10-4s-1下压缩变形时，所有的实验温度下均出现锯齿流变现象（PLC效应），在453K和5×10-4s-1下压缩时，合金中也出现了该现象，而在其他应变速率下在实验温度区间内未发现该现象。位错运动受变形温度和形变速率的影响，因而PLC效应仅在一定的温度和应变速率范围内发生。R2合金在393-453K温度和较低的应变速率下压缩变形时由于位错与合金析出相的交互作用而产生PLC效应。 AZ31+Nd合金主要由镁基体、块状的Al11Nd3相构成，合金中还存在少量块状的Al8Mn4Nd相。Al11Nd3相会提高合金的强度而降低合金的塑性，而Al8Mn4Nd相也会提高合金的强度。随加入的Nd元素的增加，析出相增多，且Al消耗增多，合金的抗拉强度基本不变，屈服强度先降后升，而塑性呈连续下降的趋势。AZ31+0.6Nd（N3）合金在623K退火5h后，强度和塑性与挤压态相比基本不变；而AZ31+1.0Nd（N4）在793K退火2h后，强度下降，塑性提高，合金中的晶粒明显长大。在一定的高温下， N4合金中热稳定性好的Al11Nd3相仍不能完全阻碍合金晶粒的长大。AZ31+Nd合金中，晶粒尺寸、固溶Al、Al11Nd3相和晶粒取向影响合金的强度，而晶粒尺寸、析出相和晶粒取向影响合金的塑性。 N3合金在473-673K下压缩变形时，在同一应变速率下，随着变形温度的升高，合金的压缩强度逐渐降低；而在同一温度下，随着变形速率的增加，合金的压缩强度逐渐提高。合金压缩变形时，随着应力的增加，滑移系开动，合金开始屈服。随着变形的增加，合金的加工硬化和（再结晶）软化过程相继出现而后同时进行。当合金的强度达到峰值时，硬化和软化过程达到平衡，此后动态再结晶将占据主导地位，合金开始软化。在一定的温度下形变，合金的动态再结晶受到温度和形变速率的影响，在同一应变速率下，高温变形时，热驱动使得再结晶晶粒已经长大，而低温下，再结晶过程并不完全；在同一温度下，较低的应变速率使得再结晶晶粒有足够的时间长大。再结晶的形核机制主要为应变诱导的晶界迁移模型和多边化形核模式。实验中观察到两种模型导致的再结晶晶粒。 AZ31挤压态镁合金轧制后合金（ER合金）晶粒得到显著细化，合金的孪晶随变形量的增加而增多。合金强度较挤压态的明显提高，而塑性明显降低。变形后合金中的孪晶将阻碍位错的滑移，降低合金的塑性；变形过程中形成的基面织构也将阻碍合金的变形。因而尽管合金的晶粒显著细化，但塑性明显降低。对ER合金退火后强度影响最大的为合金的变形量，而对ER合金退火后塑性影响最大的为退火温度。ER1-ER3镁合金高温变形时将发生动态再结晶，变形后其变形过程中储存的畸变能是合金发生静态再结晶的驱动力。
页数	135
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/16999
专题	中国科学院金属研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	邱玮. AZ31镁合金的力学性能及其微观结构研究[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所,2008.