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镁合金的等通道转角挤压及在部分重熔中的组织演变

作　者: 路国祥
导　师: 陈体军
学　校: 兰州理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 镁合金触变成形等通道转角挤压部分重熔组织演变
分类号: TG379
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

镁合金作为最轻的金属结构材料,在现代工业中有着越来越广阔的应用前景。半固态成形以其各方面的优点,将成为21世纪最有发展潜力的成形技术。而半固态成形镁合金的晶粒仍较粗大。在镁合金晶粒细化技术中,等通道转角挤压（ECAP）技术是最有希望投入实际应用的手段之一。在半固态成形中非枝晶锭料的制备是关键,而镁合金经ECAP加工后,再经半固态等温热处理可以获得晶粒细小、圆整的适合半固态成形的半固态组织,可从根本上解决晶粒粗大的问题。为此本文研究了ECAP加工工艺参数,如加工道次、加工路径对触变成形AZ91D镁合金组织的影响;研究了经ECAP加工的金属型铸造AZ91D镁合金和我们自行开发的ZW21新型镁合金在部分重熔过程中的组织演变。结果表明:触变成形AZ91D镁合金经过ECAP后组织明显得到了细化,且随着挤压道次的增加,晶粒细化效果越好。经4道次挤压后组织中出现大量的细小晶粒。同时,还发现B_C路径细化效果最好,B_A路径和C路径次之,A路径最差;另外,在ECAP过程中,共晶组织对初生α相起钉扎机械加工的作用,从而使初生α相破碎而细化。金属型铸造材料中的共晶组织分布较触变成形的均匀,从而其变形较充分,因而金属型铸造材料的细化效果较触变成形材料的好。在部分重熔过程中,经ECAP加工的AZ91D和ZW21镁合金的组织演变过程可分为四个阶段:因枝晶间共晶组织的溶解而导致的初期快速粗化阶段、剩余共晶组织的熔化以及液相沿再结晶晶界浸渗引起的组织分离阶段、初生固相颗粒部分熔化所致的球状化阶段和最后的因合并和Ostwald熟化引起的粗化阶段。相应的,对于AZ91D合金来说,依次发生了β→α,α→β→L和α→L相变,而对于ZW21合金,发生了,W+H+Mg²Sn→α,W+H+Mg²Sn+α→L和α→L相变。当半固态体系达到固-液相平衡态时,初生颗粒随加热时间的变化趋势遵循LSW理论:D_（t）³-D_（o）³=Kt。随着挤压道次的增加,初生颗粒的尺寸减小,形状趋于球状;同时,液相量略有增加,其原因为合金中储存的能量随挤压道次的增加而上升,这使得组织熔化的数量越来越多。基于这一原因,随着压挤压道次的增加,组织演变速率也随之增加。在挤压道次一定时,Bc路径挤压后合金的半固态组织非常理想且适于触变成形,而对于A路径,其半固态组织则不适于触变成形。另外,由于合金中储存的能量不同,造成前者合金中的液相量明显高于后者。适当的增加加热温度,会减少颗粒合并长大的趋势,将易于得到理想的半固态组织。不同的是ZW21镁合金在部分重熔中的组织演变速率要比AZ91D镁合金慢一些,这是因为ZW21镁合金中含有原子半径很大的稀土元素,在加热过程中,原子半径大的原子扩散速率小,从而使得相变速率减慢,最终导致组织的演变滞后。

全文目录

摘要  8-10
ABSTRACT  10-12
第1章绪论  12-24
  1.1 镁合金的特点及应用现状  12-15
    1.1.1 镁合金的特点和分类  12-13
    1.1.2 当今镁合金应用的主要领域  13-14
    1.1.3 镁合金成形方面的问题  14-15
  1.2 镁合金的晶粒细化  15-18
    1.2.1 等通道转角挤压(ECAP)  15-17
    1.2.2 添加适当的合金化元素  17
    1.2.3 大比率挤压  17
    1.2.4 形变热处理  17-18
    1.2.5 快速凝固粉末冶金法  18
  1.3 镁合金非枝晶半固态锭料的制备  18-21
    1.3.1 机械搅拌法  18-19
    1.3.2 电磁搅拌法  19
    1.3.3 应变诱发熔化激活法(SIMA)  19-20
    1.3.4 半固态等温热处理法(SSTT)  20-21
  1.4 镁合金ECAP的研究现状  21-23
    1.4.1 ECAP对镁合金组织的影响  21-22
    1.4.2 ECAP对镁合金力学性能的影响  22-23
  1.5 本文的研究内容  23-24
第2章等通道转角挤压对触变成形AZ91D镁合金微观组织的影响  24-38
  2.1 引言  24
  2.2 实验方法  24-27
    2.2.1 材料制备  24-25
    2.2.2 等通道转角挤压  25-26
    2.2.3 显微组织观察  26-27
    2.2.4 显微硬度测量  27
  2.3 结果分析与讨论  27-36
    2.3.1 原始态显微组织  27
    2.3.2 ECAP过程中不同面变形的特点  27-29
    2.3.3 挤压路径对触变成形AZ91D镁合金微观组织的影响  29-33
    2.3.4 挤压道次对触变成形AZ91D镁合金微观组织的影响  33-35
    2.3.5 显微硬度分析  35
    2.3.6 ECAP细化晶粒的机理探讨  35-36
  2.4 本章小结  36-38
第3章等通道转角挤压AZ91D镁合金在部分重熔过程中的组织演变  38-62
  3.1 引言  38
  3.2 实验方法  38-39
    3.2.1 材料制备  38
    3.2.2 ECAP实验  38-39
    3.2.3 部分重熔实验  39
    3.2.4 组织的观察及X射线衍射分析  39
  3.3 结果分析与讨论  39-60
    3.3.1 铸态AZ91D镁合金在部分重熔中的组织演变  39-43
    3.3.2 等通道转角挤压AZ91D镁合金在部分重熔中的组织演变  43-48
    3.3.3 部分重熔过程中的相变和组分成分的变化  48-50
    3.3.4 加热温度对半固态组织的影响  50-56
    3.3.5 挤压道次对半固态组织的影响  56-57
    3.3.6 挤压路径对半固态组织的影响  57-59
    3.3.7 等通道转角挤压AZ91D镁合金半固态组织演变机理分析  59-60
  3.4 本章小结  60-62
第4章等通道转角挤压ZW21镁合金在部分重熔过程中的组织演变  62-80
  4.1 引言  62
  4.2 实验方法  62-64
    4.2.1 材料制备  62
    4.2.2 ECAP实验  62-63
    4.2.3 部分重熔实验  63
    4.2.4 组织的观察及X射线衍射分析  63-64
  4.3 结果分析与讨论  64-78
    4.3.1 铸态ZW21镁合金在部分重熔中的组织演变  64-68
    4.3.2 等通道转角挤压ZW21镁合金在部分重熔中的组织演变  68-73
    4.3.3 部分重熔过程中的相变和组分成分的变化  73-75
    4.3.4 加热温度对半固态组织的影响  75-76
    4.3.5 挤压道次对半固态组织的影响  76-77
    4.3.6 挤压路径对半固态组织的影响  77-78
  4.4 本章小结  78-80
结论  80-82
参考文献  82-88
致谢  88-89
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文  89

镁合金的等通道转角挤压及在部分重熔中的组织演变

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