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粗晶粒镁合金高温快速塑性变形的研究

作 者: 聂保新
导 师: 乔军
学 校: 辽宁科技大学
专 业: 材料加工工程
关键词: 粗晶粒 镁合金 应力指数 激活能 溶质牵制位错
分类号: TG146.22
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 47次
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内容摘要


本文主要针对粗晶粒铸轧AZ31和Mg-xAl系合金的高温快速变形性能和变形机制进行了研究。研究得出在475℃(12h) + 425℃(6h)的退火条件下,铸轧AZ31的晶粒尺寸由9.5μm长大到27.8μm。粗晶AZ31在450℃和10-3 s-1条件下达到最大延伸率106.7%,由于晶界滑移对应变的贡献降低,延伸率总体低于细晶AZ31。在450℃和10-3 s-1条件下的变形激活能为Q = 140.07 KJ/mol,接近Al在Mg中的扩散激活能。结合n≈3的应力指数,溶质牵制位错蠕变在高温低应力下对粗晶粒AZ31的延伸率起到重要作用。在相同应变率下,细晶AZ31的激活能较高,这是由于晶粒细小、晶界密度大,在变形过程中有利于动态再结晶形核,使动态再结晶倾向增加。用真空感应炉制得Mg-xAl (x = 2、3、4)系列铸锭,在400℃进行12 h的均匀化退火,并利用两辊可逆轧机制备3.0 mm厚的板材。研究退火对轧制板材晶粒尺寸的影响,得出在400℃进行60 min退火后,晶粒的平均尺寸较大。在此工艺下,得到粗晶粒Mg-2Al、Mg-3Al和Mg-4Al合金,平均晶粒尺寸分别为120.4μm、55.4μm和78.75μm。以热处理后Mg-xAl系列镁合金板材为研究材料,研究了溶质Al含量对Mg-xAl合金快速塑性变形塑性和变形机制的影响。在同一应变速率和温度下,峰值应力随着Al含量增加而增大。在10-3 s-1和450℃条件下,Mg–2Al、Mg–3Al和Mg–4Al的延伸率分别为122.1%、143.7%和139.8%。在相同应变率下,变形激活能随着Al含量的增加而减小。Mg-xAl合金在高应变率((ε|’) = 10-2 s-1)下的变形激活能接近Al原子在Mg基体中的扩散激活能Q = 141.34±10 kJ/mol,结合Mg-xAl合金在450℃的应力指数n≈3,判定Mg-xAl合金在450℃和10-2 s-1条件下的变形机制为溶质牵制位错蠕变。

全文目录


中文摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-25
  1.1 选题背景及意义  9-17
    1.1.1 镁合金的优点  10-11
    1.1.2 镁合金的主要合金元素  11-14
    1.1.3 镁合金的体系  14-15
    1.1.4 镁合金的应用  15-17
  1.2 镁合金的高温塑性变形机制  17-21
    1.2.1 镁合金高温变形机制的特点  17-18
    1.2.2 镁合金高温变形机制的分类  18-21
  1.3 镁合金高温快速塑性变形  21-23
    1.3.1 镁合金超塑性研究方向  21-22
    1.3.2 粗晶粒镁合金高温快速塑性变形  22-23
  1.4 本课题研究的目标、内容、特色与创新  23-25
    1.4.1 研究目标  23
    1.4.2 研究内容  23-24
    1.4.3 本课题特色与创新  24-25
第二章 实验材料及实验方案  25-38
  2.1 AZ31 镁合金  25-31
    2.1.1 实验材料  25
    2.1.2 实验过程  25
    2.1.3 试样准备  25-26
    2.1.4 热处理  26-27
    2.1.5 高温拉伸实验  27-30
    2.1.6 金相观察  30-31
    2.1.7 SEM 实验分析  31
  2.2 Mg-xAl 系合金  31-38
    2.2.1 合金成分的设计  32
    2.2.2 原材料的选择  32
    2.2.3 合金的熔炼  32-35
    2.2.4 合金成分的测定  35
    2.2.5 热处理  35
    2.2.6 轧制板材  35-37
    2.2.7 高温拉伸实验  37
    2.2.8 金相试样的制备、金相观察和SEM 实验分析  37-38
第三章 粗晶粒铸轧AZ31 镁合金高温快速塑性变形  38-51
  3.1 引言  38
  3.2 实验结果及讨论  38-50
    3.2.1 热处理结果  38-40
    3.3.2 高温拉伸实验- 拉伸至失效( EF )实验  40-43
    3.3.3 扫描电子显微镜(SEM)扫描照片  43-44
    3.3.4 高温拉伸实验- 变化应变率( SRC )实验  44-50
  3.3 本章小结  50-51
第四章 Mg - xAl 系合金高温快速塑性变形  51-80
  4.1 前言  51
  4.2 均匀化退火对Mg - xAl 系铸态镁合金的影响  51-54
    4.2.1 均匀化退火工艺  51
    4.2.2 实验结果及其讨论  51-52
    4.2.3 能谱分析  52-54
  4.3 退火时间对轧制板材晶粒尺寸的影响  54-60
    4.3.1 镁合金板材的轧制  54-55
    4.3.2 热处理对金相显微组织以及晶粒尺寸的影响  55-59
    4.3.3 结果及讨论  59-60
  4.4 高温拉伸实验- 拉伸至失效( EF )实验  60-72
    4.4.1 Mg - 2Al 拉伸至失效实验和扫描断口分析  60-63
    4.4.2 Mg - 3Al 拉伸至失效实验和扫描断口分析  63-66
    4.4.3 Mg - 4Al 拉伸至失效实验和扫描断口分析  66-69
    4.4.4 结果及讨论  69-72
  4.5 高温拉伸实验- 变化应变率( SRC )实验  72-79
  4.6 本章小结  79-80
第五章 结论  80-81
参考文献  81-86
致谢  86-87
攻读学位期间发表的学术论文目录  87

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属材料 > 有色金属及其合金 > 轻有色金属及其合金 >
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