应用挤压-剪切大变形工艺细化AZ31镁合金晶粒(英文)

提出一种新型的镁合金复合挤压方法,将传统的挤压和大塑性变形方法等通道挤压相结合,也就是将压缩变径挤压和剪切(一次或者连续二次)相结合(简称ES)。根据ES变形的思想,设计并制造了适合热模拟仪Gleeble1500D的ES挤压装置,进行了不同温度下的AZ31镁合金ES挤压测试,观察了ES挤压所得到的AZ31镁合金挤压棒的微观组织。结果表明:当挤压比为4时,ES挤压的累计应变为2.44,可得到平均尺寸为2μm的微观组织。动态再结晶的发生是ES挤压产生晶粒细化的主要原因。根据ES热模拟挤压过程的应力—应变曲线和挤压力曲线的特点,ES热模拟实验中镁合金发生了与一般动态再结晶过程不一样的再结晶过程,具有明显的两个动态再结晶阶段,被称为双级动态再结晶。基于热模拟的ES挤压证明了ES挤压是可行的。生产实践结果表明,不同条件下的工业ES挤压可大批量生产镁合金挤压棒材。     

AZ31镁合金变通道角挤压工艺

将Φ40mm×50mm的AZ31镁合金圆棒经变通道角挤压(Change channel angular extrusion,CCAE)成厚度约为5mm的板材。通过TEM观察表明,AZ31镁合金的形核机制主要是动态再结晶形核。结果表明,经CCAE变形后,由晶粒的剪切破碎和动态再结晶使得镁合金晶粒明显细化。内角、挤压比、挤压温度和挤压速率等对板材的显微组织结构有重要的影响。在100~450℃温度范围内进行CCAE变形,AZ31镁合金的晶粒尺寸随变形温度的升高而增大。AZ31镁合金经CCAE热变形后,合金的综合力学性能得到改善。     

坯料细化处理对AZ31镁合金挤压组织的影响

对超声细化和未细化的AZ31镁合金棒料进行均匀化退火后热挤压,并对热挤压后的组织和硬度进行了对比分析。结果表明,与未经过晶粒细化处理棒料的热挤压组织相比,预先经过晶粒细化处理的AZ31镁合金棒热挤压组织更加均匀。当挤压比λ为16、挤压料温度为380℃、挤压速度为0.9 m/min时,组织发生回复再结晶。与未经晶粒细化处理棒料的挤压组织相比,经过晶粒细化处理的挤压组织更加细小;挤压速度增加到10 m/min时,经过晶粒细化处理后的AZ31镁合金挤压变形后棒料边缘容易发生二次再结晶现象,形成一条宽约75μm的粗晶组织,边缘附近区域组织中有孪晶形成。同时,经过晶粒细化处理后的AZ31镁合金挤压棒的硬度较高。     

AZ31-1Sm镁合金高温压缩热变形行为和微观组织研究(英文)

在单向压缩热模拟试验机上对AZ31-1Sm合金在变形温度为300~450℃、应变速率为0.01~1 s-1条件下的热变形行为和微观组织进行研究。结果表明:AZ31-1Sm镁合金在热压缩变形时,流变应力随着应变速率的增大和变形温度的降低而增大;该合金的热压缩流变应力行为可用双曲正弦形式的本构方程来描述,在本实验条件下,AZ31-1Sm镁合金热热变形激活能Q为160.8 k J/mol。AZ31-1Sm易发生动态再结晶,在高变形温度和低应变速率条件下动态再结晶趋势明显,动态再结晶晶粒尺寸随着变形温度的增加和应变速率的降低而增大。     

Hot Deformation Behavior and Microstructure of AZ31-1Sm Alloy Compression at Elevated Temperatures

在单向压缩热模拟试验机上对AZ31-1Sm合金在变形温度为300~450℃、应变速率为0.01~1 s-1条件下的热变形行为和微观组织进行研究。结果表明:AZ31-1Sm镁合金在热压缩变形时,流变应力随着应变速率的增大和变形温度的降低而增大;该合金的热压缩流变应力行为可用双曲正弦形式的本构方程来描述,在本实验条件下,AZ31-1Sm镁合金热热变形激活能Q为160.8 k J/mol。AZ31-1Sm易发生动态再结晶,在高变形温度和低应变速率条件下动态再结晶趋势明显,动态再结晶晶粒尺寸随着变形温度的增加和应变速率的降低而增大。     

AZ31B镁合金在高应变速率下的热压缩变形行为和微观组织演变

采用Thermecmastor-Z热模拟试验机在变形温度为200~520℃、应变速率为2~60 s-1条件下对AZ31B镁合金厚板进行热压缩变形试验,压缩变形量为60%。结合变形后的微观组织以及热压缩真应力-真应变曲线,分析应变速率和变形温度等工艺参数对其微观组织演变的影响。结果表明:当变形温度高于320℃时,AZ31B镁合金的真应力-真应变曲线呈现典型的动态再结晶特性。当应变速率一定时,流变应力随温度升高而降低;当变形温度一定时,流变应力在高温低应变速率(低于15 s-1)下随应变速率增大而增大。变形后的微观组织显示,压缩变形过程中发生了明显的动态再结晶,动态再结晶体积分数随应变速率的增加而增大。另外,变形组织的均匀性受变形温度的影响十分显著。在热压缩实验的基础上,在温度为300~330℃时对板材进行单道次大压下量的热轧,获得的板材具有均匀细小的晶粒及优异的力学性能。     

轧制温度对AZ31镁合金板材组织和性能的影响

以多向锻造AZ31镁合金为板坯进行高应变速率轧制成形,研究轧制温度对板材组织与力学性能的影响。结果表明：镁合金高应变速率轧制成形前期,孪生作用增强,形成大量的■拉伸孪生和■二次孪生;变形后期,由于孪生诱发动态再结晶的作用,合金晶粒组织明显细化。在压下量为80%的高应变速率轧制下,轧制温度为250～400℃时,轧制板材组织均发生了完全再结晶,平均晶粒尺寸随着轧制温度的升高从6.97μm增加至8.13μm,但由于轧制板坯的初始晶粒尺寸较小,晶粒尺寸随着轧制温度的升高变化较小;轧制板材的抗拉强度和伸长率均高于315 MPa和25%,表明高应变速率轧制工艺可以在较宽的温度区间内制备力学性能稳定的镁合金板材。     

半连续铸造AZ31B镁合金的热压缩变形行为

针对半连续铸造的AZ31B镁合金,采用Gleeble-1500热/力模拟机在变形温度为473～723 K、应变速率为0.01～10 s-1、最大变形量为80%条件下进行热/力模拟研究;结合热变形后的显微组织,分析合金力学性能与显微组织之间的关系。结果表明:当变形温度一定时,流变应力和应变速率之间存在对数关系,并可用包含Arrheniues项的Z参数描述半连续铸造的AZ31B镁合金热压缩变形的流变应力行为;实验合金在523 K时开始发生动态回复;随着变形温度的升高和应变速率的降低,动态再结晶开始对AZ31B合金的变形行为产生明显影响,在变形温度623 K以上的各种应变速率下,AZ31B镁合金易变形。     

加工参数对铸态AZ31B镁合金热变形行为及组织演变的影响

借助热压缩实验研究了变形温度、应变速率和变形量对铸态AZ31B镁合金热变形行为及组织演变的影响规律。结果表明:(1)峰值应力随着应变速率的降低和温度的升高而减小,主要的形核机制为晶界弓出形核、亚晶旋转形核、孪生诱发形核,以及连续再结晶;(2)低于400℃变形时,温度的升高有利于再结晶的发生及晶粒细化;高于400℃时,晶粒尺寸开始迅速增大;(3)在小于等于400℃变形时,低速率0.1 s~(-1)更有利于再结晶晶粒细化;当变形温度高于400℃时,中速率1 s~(-1)更有利于再结晶晶粒细化;(4)高温低速率变形时,变形量主要影响晶粒尺寸,而高温高速率变形时,变形量主要影响动态再结晶程度。     

挤压态镁合金热压缩微观组织预测模型

在变形温度为250～450℃、应变速率为0.005～5 s-1的条件下,采用热模拟压缩实验得到流动应力-应变曲线,研究了挤压态镁合金热变形和动态再结晶行为.结果表明:AZ31镁合金发生动态再结晶的临界应变随着变形温度的升高或应变速率的减小而降低;镁合金变形初期发生动态再结晶所需要的激活能为191.2 kJ·mol-1....     

AZ31镁合金热轧变形的动态再结晶机制

在轧制温度603~703 K、轧制压下量20%~40%、应变速率4~16 s-1下对AZ31镁合金进行轧制变形,研究轧制压下量、应变速率和变形温度对AZ31镁合金变形组织的影响,分析了镁合金的动态再结晶机制。结果表明：应变速率和变形温度不仅影响动态再结晶进行的程度,而且能够改变再结晶的方式或形核机制。当轧制应变速率= 13.9 s-1,变形温度T=603 K时,再结晶方式为孪生动态再结晶;变形温度升高到703 K时,沿晶界有链状新晶粒出现。当变形温度T= 673 K,应变速率= 11.35 s-1时,再结晶方式以孪生动态再结晶为主;应变速率降低到= 4 s-1时,再结晶方式以旋转动态再结晶为主。     

AZ31镁合金热变形动态再结晶晶粒尺寸预测模型

采用热模拟实验方法获得了AZ31镁合金热变形真实应力-真实应变曲线，分析了变形工艺参数对AZ31镁合金热变形动态再结晶晶粒尺寸的影响规律。随着塑性变形应变速率的增大，动态再结晶晶粒尺寸减小。随着塑性变形温度的升高，晶粒尺寸增大。基于Yada模型，建立了AZ31镁合金热变形动态再结晶晶粒尺寸与变形工艺参数关系模型，以及动态再结晶临界应变与变形温度关系模型。晶粒尺寸预测模型计算值与实验值相吻合，最大相对误差为8.5%。临界应变模型计算值与实验值相吻合，最大相对误差为8.1%。建立的动态再结晶晶粒尺寸预测模型和临界应变预测模型的适用条件为变形温度250～400℃,应变速率0.01～1.0 s^-1。     

低频电磁铸造AZ41镁合金的热压缩流变与组织

采用Gleeble 1500D热模拟试验机、差热分析仪和光学显微镜等对低频电磁铸造AZ41镁合金铸锭热压缩流变特征及微观组织进行研究。结果表明:AZ41镁合金铸锭热压缩变形存在明显的动态回复和动态再结晶特征;当温度为453~523 K时,以动态回复为主;当温度为593~723 K时,以动态再结晶为主要机制;当温度为593 K,应变速率为1.0 s-1时,形变激活能最低,流变过程最稳定,中心和边缘部位的晶粒得到明显细化。在变形期间,Mg17Al12相的破碎和溶解促进动态再结晶显著发生。     

铸态AZ31B镁合金热压缩实验研究

研究了铸态AZ31B镁合金在温度280～440℃和应变速率10-3～10-1s-1范围内的变形规律.结果表明:铸态AZ31B镁合金在高温下表现出较低的流变应力.其真应力-真应变曲线表现出明显的动态再结晶特征.再结晶晶粒明显细化,晶粒尺寸随着温度或Z(Zener-Hollomon常数)值的下降而增大.在低应变速率下可以得到相对均匀的变形组织.     

挤压态镁合金动态再结晶临界模型

采用变形温度200～500℃,应变速率为0. 005～5 s-1时在Gleeble1500热模拟试验机上对AZ31挤压态镁合金热变形行为进行试验研究。运用单参数法并引入温度补偿应变速率因子Z,构建挤压态镁合金动态再结晶临界表征模型,通过观察典型变形条件下微观组织的动态再结晶情况验证模型正确性。结果表明:发生动态再结晶所需的激活能为171. 15 k J/mol。此外,得到峰值应变与Z参数的定量关系。临界应变与临界应力随着温度升高和应变速率降低而减小,减小Z值可促进挤压态镁合金动态再结晶的发生。     

挤压工艺对AZ31镁合金组织和性能的影响

研究了挤压温度和挤压速率对AZ31镁合金显微组织、耐腐蚀性能和力学性能的影响。结果表明,通过300℃下的热挤压变形,AZ31合金发生动态再结晶,合金组织比铸态时细化,耐腐蚀性能和力学性能明显提高;AZ31镁合金挤压后的组织及力学性能受挤压温度及挤压速率的影响,在本试验范围内,AZ31镁合金经过挤压温度为300℃、挤压速率为6.0 mm/s的挤压变形后得到的组织均匀细小,耐腐蚀性能和力学性能良好。     

AZ31镁合金压缩过程中的变形性能及组织演变

在不同温度下对AZ31镁合金进行了热压缩,研究了试验合金高温变形时变形量与温度之间的关系以及组织演变.结果表明,随着温度升高,AZ31镁合金塑变能力增加,适宜在高于240 ℃进行热加工.非基面滑移系开动是AZ31镁合金塑性提高的主要原因.随着变形量的增大,晶粒逐渐细化.当变形量达70%时,晶粒细化至2～3 μm.发生动态再结晶是高温压缩过程中晶粒细化的主要原因.     

AZ31镁合金热压缩过程动态再结晶行为研究

通过AZ31镁合金热压缩试验,采用电子背散射衍射(EBSD)技术,对不同变形条件(不同温度、应变速率和变形程度)下镁合金热变形过程中的动态再结晶行为、晶粒取向和织构的产生等现象进行研究。结果表明,变形温度越高,再结晶程度表现得越充分,晶粒组织也越均匀,而变形程度越大或应变速率越小,再结晶程度则越大。在镁合金热变形过程中,变形温度是决定其动态再结晶机制的最大影响因素。300℃时,AZ31镁合金再结晶晶粒在原始晶界和亚晶界处形核,再结晶行为主要由亚晶界的转动形成,表现出典型的连续动态再结晶(CDRX)特征。400℃时,局部剪切变形时再结晶晶粒取向发生偏转,表现出典型的旋转动态再结晶(RDRX)特征。热压缩过程中产生■拉伸孪生,晶粒重新旋转基面取向形成基面垂直于压缩方向的纤维织构。     

AZ80镁合金变形特性及管材挤压数值模拟研究

利用Gleeble热模拟机研究了AZ80合金的高温变形特性。结果表明,流变应力取决于变形温度和变形速率。当应变速率一定时,流变应力随变形温度的升高而降低;当温度一定时,流变应力随着应变速率的升高而增大。根据AZ80镁合金真应力-真应变曲线,建立了其流变应力模型。采用刚塑性有限元法对AZ80镁合金管材挤压过程进行热力耦合数值模拟,并分析了高温挤压成形过程中变形力及金属流动规律,着重探讨了变形温度和挤压速度等挤压工艺参数对挤压力、应变场以及应力场的分布及变化情况的影响。模拟的结果为AZ80镁合金管材挤压工艺参数的制定、优化提供了科学依据。     

AZ31镁合金的热塑性变形行为及组织演化

采用Gleeble-3800热模拟软件对退火后的AZ31镁合金的热塑性变形行为和组织演化进行研究。AZ31镁合金压缩温度为100～400℃,应变速率分别为0.001、0.1、10 s~(-1),压缩变形量为50%。研究了变形温度和应变速率对AZ31镁合金变形行为的影响。分析了镁合金的组织演化和断口形貌。结果表明,AZ31镁合金的最大应力随应变速率的增大而增大,随温度的升高而减小。在较低温度(100℃)和应变速率(0.001 s~(-1))下,组织是不均匀的,由细晶粒和粗晶粒以及一些孪晶组成。将温度提高到200℃,微观组织内大部分晶粒非常细小,动态再结晶发生得更为完全。继续提高温度到300℃以及400℃,晶粒有粗化的趋势。随着应变速率增加到0.1 s~(-1)和10 s~(-1),动态再结晶在300℃完全发生。