循环扩挤变形AZ80镁合金的组织、织构与力学性能

采用循环扩挤(Cyclic expansion-extrusion,CEE)变形工艺对AZ80镁合金的块状材料进行热挤压加工,观察试样的微观组织与织构,并测试了力学性能。结果表明:AZ80镁合金经过CEE变形后,晶粒的尺寸明显细化,第4道次CEE变形之后,晶粒尺寸从150~230 μm细化至2 μm,整体分布均匀且呈等轴晶;2道次变形后,随着挤压道次的增加,晶粒的细化程度减慢;同时经过CEE变形的AZ80镁合金织构包括了(0001)基面平行于挤压方向与(1120)棱柱面垂直于挤压方向的两种不同纤维织构,随着挤压道次的增加,织构总体强度出现先减后增再减的变化;力学性能相对于均匀化态有着明显的变化,第1道次CEE变形之后,抗拉强度与屈服强度分别达到各自的最大值,为290 MPa和180 MPa,第2道次CEE变形之后,强度出现不随晶粒细化而增强的现象(反Hall-Petch理论),这是因为织构的软化作用强于晶粒的细化作用,而伸长率随着挤压道次的增加而提高。     

搅拌摩擦加工对AZ31镁合金微观组织及力学性能的影响

采用搅拌摩擦加工技术(Friction stir processing,FSP)对AZ31镁合金板材进行了单道次加工,研究了加工区域微观组织对力学性能的影响。结果表明,相同前进速度下,旋转速度升高,平均晶粒尺寸增大。搅拌摩擦加工后,晶粒尺寸和织构变化显著影响AZ31镁合金的力学性能,平均晶粒尺寸越大,越易发生孪生变形。织构类型主要包括基面织构和纤维织构。基面织构位于软位向时,屈服强度降低,但纤维织构会弱化基面织构对力学性能的影响。     

挤压-剪切工艺挤压AZ31镁合金的组织和织构演变

采用大变形技术"挤压-剪切"(Extrusion-shear,ES)工艺挤压AZ31镁合金并研究其组织和织构演变.结果表明:经ES工艺挤压后能得到细小均匀的再结晶晶粒;其宏观组织内存在多种类型的织构,削弱了基面织构的主导地位;由极图可知{0002}基面织构强度下降,ES工艺的再结晶机制是连续动态再结晶.     

AZ31镁合金的变形织构和协调变形机理

进行变形速率可控的单向拉伸试验,研究了变形织构与滑移和孪生等协调变形机理对AZ31镁合金综合性能的影响。结果表明:在沿挤压方向拉伸过程中,变形织构使{0002}晶面Schmid因子较低,基面滑移难以开动,屈服强度高。在沿45°拉伸过程中,变形织构使柱面取向晶粒处于发生{0002}滑移的最佳位置,基面取向晶粒的棱柱面滑移也处于最佳位置,屈服强度低而延伸率高。沿横向拉伸的力学性能主要受孪晶影响,由于大量孪晶诱发裂纹,延伸率最低。试样在45°和横向拉伸时产生的大量拉伸孪晶,是出现{0002}双峰织构的诱因。     

稀土元素Y对挤压态Mg-Zn-Y-Zr合金的微观组织及力学性能的影响

目的 研究Y含量对Mg-Zn-Y-Zr镁合金棒料的显微组织和力学性能的影响规律,为镁合金成分设计提供参考。方法 通过对7种Y含量不同的Mg-Zn-Y-Zr镁合金挤压棒料的显微组织及室温拉伸/压缩力学性能测试,分析Y元素对挤压态镁合金组织和力学性能的影响。结果 随着Y的质量分数由0%增加到2.4%,挤压态Mg-Zn-Y-Zr的平均晶粒尺寸由17.9 μm减小到7.2 μm,拉伸屈服强度由161.2 MPa升高至230.8 MPa,压缩屈服强度由127 MPa升高至209 MPa。结论 挤压态Mg-Zn-Y-Zr镁合金的晶粒随Y元素含量的增加逐渐细化,室温拉/压强度随Y含量的增加而升高,但相比拉伸屈服强度,镁合金压缩屈服强度随Y含量增加升高得更明显一些。Y含量的增加利于Mg-Zn-Y-Zr镁合金拉压不对称性的改善。     

Mn对Mg-4Zn变形镁合金组织与性能的影响

目的 研究Mn对Mg-4Zn合金再结晶组织演变和力学性能的影响,发展高性能Mg-Zn-Mn变形镁合金。方法 以Mg-Zn镁合金为研究对象,利用Mn元素的固溶强化增塑、刺激再结晶形核和钉扎再结晶晶界的特点,通过Mg-Zn-Mn挤压镁合金的显微组织以及室温力拉伸和压缩力学性能测试,分析挤压过程中显微组织的演变和成分对力学性能的影响。结果 Mg-4Zn-2Mn合金平均晶粒尺寸为~7 μm,其拉伸屈服强度、抗拉强度、伸长率、压缩屈服强度和拉压不对称性分别为226 MPa,316 MPa,17%,171 MPa,0.75。结论 合金化元素Mn可有效细化变形镁合金的再结晶组织,随Mn元素含量的增加,Mg-Zn合金再结晶组织不断细化,未再结晶区域增加,合金力学性能增加,拉压不对称性改善。     

AZ31B镁合金挤压板材力学性能的各向异性

在AZ31B镁合金板材的板面内沿不同方向进行单向拉伸和压缩试验,研究挤压板材的力学性能。结果表明,变形AZ31B镁合金板材具有显著的各向异性和拉压非对称性。在板面内,沿挤压方向拉伸时的屈服应力明显地比沿同方向压缩和沿其他方向拉伸或压缩时的高(约2倍);沿45°斜向拉伸的屈服应力和抗拉强度较低,而延伸率最高;这种非对称性主要表现为屈服非对称和塑性流动非对称,即拉压的屈服应力不相等和拉压应力-应变曲线形状不同,压缩曲线表现出特殊的"S"型。基于晶体塑性理论,讨论了引起变形镁合金的各向异性和拉压非对称性力学性能的变形机理。     

预变形及退火处理提高AZ31镁合金的塑性

研究了预变形及退火处理对挤压态AZ31镁合金压缩力学性能的影响,结果表明:沿挤压方向进行应变量为0.086的预压缩变形,随后在300℃下进行0.5小时退火处理,可显著提高镁合金的塑性,其压缩率比一次压缩至破碎的压缩率提高约137%。织构及金相分析结果表明:预变形使(0002)基面发生了近90°的转动,由平行挤压方向变为与挤压方向垂直,且产生了大量孪晶组织。退火处理不改变(0002)基面织构,但消除了孪晶且出现了细小再结晶晶粒,因而提高了镁合金的塑性。     

一种细化AZ31镁合金的固液两相区复合挤压工艺

为了通过细化晶粒提高镁合金综合力学性能,基于“工艺耦合,缩短流程”的想法,提出固液两相区挤压剪切复合成形工艺。以AZ31镁合金为研究对象,结合Anycasting技术,对固液两相区成形过程的浇铸过程及凝固过程进行模拟研究;结合实际实验选取合适的挤压参数,从而有效细化AZ31的组织并提高综合性能。结果表明:AZ31在变形区中因枝晶破碎和压力对过冷度的影响等促进了形核,在有效细化晶粒的基础上保证了尺寸的均匀性;且液相的存在有助于协调挤压过程中的变形,减少滑移和孪生变形对织构的影响,显著降低挤压织构的强度,180°角的基面宏观织构极值强度仅为5.3。剪切角能进一步细化晶粒,并提高综合力学性能;当剪切角度为150°时,综合力学性能最优,屈服强度为222 MPa,抗拉强度为309 MPa,伸长率为8%。     

挤轧复合变形制备电磁连铸AZ61板材

通过挤压后再轧制的方法制备AZ61镁合金板材,利用动态再结晶产生局部剪切变形减弱挤压形成的{0002}基面织构,可以有效提高板材的塑性成形能力,对比分析了直接轧制75%变形量与挤轧复合轧制60%变形量的AZ61电磁半连铸镁合金板材.结果表明,两种工艺方法所得到的板材力学性能相近,前者抗拉强度σb=300 MPa,屈服强度σ0.2=230 MPa,延伸率δ=8.0%,后者σb=295 MPa,σ0.2=245 MPa,δ=8.2%.因此,可以通过挤轧复合的工艺方法利用较小的轧制变形量(60%)制备出与较大轧制变形量(75%)性能相近的镁合金板材.     

对双峰织构类型AZ31镁合金板材力学性能各向异性的分析

目的 制备双峰织构类型的AZ31镁合金板,以改善板材微观组织和弱化基面织构,研究微观组织对力学性能各向异性的影响规律,以提高镁合金板材的成形性能。方法 通过弯曲限宽矫直技术对0°、30°和60°轧向切样的板材进行热加工以预制拉伸孪晶,获得双峰织构类型的AZ31镁合金板材,通过EBSD获取板材的微观组织。对RD、45°和TD方向的原始板材进行室温单向拉伸实验,获得板材的工程应力-应变曲线及力学性能参数,并计算r值（塑性应变比）与n值（应变硬化指数）。结果 弯曲限宽矫直技术可诱发大量拉伸孪晶形成ED偏转织构,将偏转织构与基面织构共存的板材称为双峰织构类型AZ31镁合金板材。拉伸孪晶的出现显著细化了晶粒,弱化了基面织构强度,使板材的屈服强度下降,极大提升了材料塑性。其中30°轧向切样的板材ND面塑性力学性能各向异性的改善效果最好,其r值最小、n值最大。结论 双峰织构类型能够弱化AZ31镁合金板材基面的织构强度,提高材料塑性。拉伸孪晶含量越高,板材的强度与塑性越好,力学性能各向异性的改善效果也越显著。     

新型复合挤压工艺中温度对AZ61组织和性能的影响

针对镁合金棒材的工业化制备和加工,提出了一种新型的复合挤压方式,将正挤压(Extrusion)和剪切(Shear)结合(简称ES)。对经过不同温度下ES变形后AZ61镁合金棒材进行微观组织观察、硬度测试、室温拉伸性能测试及SEM,研究了ES变形工艺中变形温度对AZ61挤压棒材组织及性能的影响。结果表明:温度由380℃升至400℃时,动态再结晶进行得更充分,组织为细小等轴晶粒,但温度升至440℃时,晶粒出现长大;三个温度下断口均呈现塑性断裂特征,400℃时棒材的综合力学性能最好,其抗拉强度为296.7MPa,屈服强度为158.9MPa,伸长率为15.4%。     

等径角挤压对AZ31镁合金组织及力学性能的影响

研究了电磁连铸AZ31镁合金沿A路径经常规等径角挤压(ECAE)和两步ECAE变形后的微观组织与力学性能.结果表明:与预挤压态相比,常规ECAE态合金随着挤压道次的增加,晶粒不断细化,伸长率不断提高,但屈服强度与抗拉强度逐渐降低;两步ECAE可以使晶粒进一步细化,伸长率、屈服强度与抗拉强度均提高.伸长率、屈服强度与抗拉...     

往复挤压纯镁的组织演变和力学性能

研究了纯镁在350℃往复挤压2,4,8道次,以及在250℃,350℃,450℃往复挤压2道次的组织和力学性能的变化规律。结果表明,纯镁经350℃往复挤压后,组织显著细化,挤压道次从2增加到8时,晶粒尺寸无明显变化,而屈服强度下降,延伸率提高。通过电子背散射衍射技术(EBSD)发现纯镁在350℃往复挤压2,4,8道次后,形成{}0001基面与挤压方向分别约成25°,30°,40°夹角的织构,且织构强度增加,基面滑移系的Schmid因子上升。纯镁在250℃,350℃,450℃往复挤压2道次后,随着挤压温度下降,晶粒尺寸减小,屈服强度上升,屈服强度和晶粒尺寸之间的关系可表述为σs=5.4+338.6d-12。     

基于粘塑性自洽模型AZ31镁合金塑性变形行为研究

以挤压态AZ31镁合金为研究对象,通过修正的VPSC模型,构建耦合滑移和孪生的晶体塑性力学模型,从微观变形机制的角度研究镁合金在不同加载方式下的塑性变形行为.通过EBSD等实验结果与模拟结果对比发现,轴向压缩过程中,协调变形的主要机制为拉伸孪生和基面滑移,拉伸孪晶的大量开启导致晶粒c-轴发生约90°的旋转,使得{000...     

晶粒位向对AZ31挤压板材Hall-Petch关系的影响

本文研究了AZ31镁合金挤压板材热处理后不同晶粒尺寸下各角度的拉伸性能与变形行为,通过分析拉伸曲线和变形后的位错类型来确定不同角度下的拉伸变形机制。结果发现:沿板材法向0°,22.5°,45°,67.5°,90°拉伸后的屈服强度与晶粒尺寸符合Hall-Petch(H-P)关系,但H-P参数值各不相同,0°具有最高的σ_0和最低的K_y,其变形机制由拉伸孪晶为主导与棱柱面a滑移共同作用;45°拉伸时具有最低的σ_0和最高的K_y,变形机制为基面a滑移主导;90°下的H-P参数值与0°相接近,c位错及a+c位错开始出现,棱柱面滑移与拉伸孪晶共同主导变形机制,孪晶可以协调变形改变晶粒取向和促进非基面滑移的产生。     

挤压态AZ40镁合金热变形行为及热加工图分析

采用Gleeble-3500热模拟试验机对挤压态AZ40合金进行热压缩实验,分析压缩后不同温度真应力-应变曲线的变化趋势,得到流变应力受变形温度和应变速率等因素的影响规律;在双曲正弦关系的基础上构造挤压态AZ40合金的本构方程,在动态材料模型(DMM)基础上建立挤压态AZ40合金的热加工图,从而确定挤压态AZ40镁合金的热变形加工范围.结果表明:明显的动态再结晶是挤压态AZ40镁合金流变曲线的特点,在压缩过程中,随变形温度的升高,挤压态AZ40镁合金的峰值应力减小;随应变速率升高,挤压态AZ40镁合金的峰值应力增大.当变形温度相同时,动态再结晶晶粒比例随着应变速率的升高而降低;当应变速率相同时,动态再结晶晶粒大小随着变形温度的升高而增大.粗大的未再结晶晶粒有明显的<1010>‖ND和<21-1-0>‖ND两种取向,而再结晶晶粒取向随机;通过热加工图及组织分析,确定了最佳的加工工艺为T=573 K,ε·=0.1 s-1.     

挤压对AZ91铸造镁合金力学性能的影响

对挤压变形前后的AZ91镁合金进行了微观组织和力学性能研究.结果表明:挤压成形后合金的抗拉强度和塑性均得到提高;孪晶的产生,导致挤压合金室温压缩的应力-应变曲线上有屈服平台出现;晶粒尺寸强烈影响合金的强度.室温时,挤压合金的流变强度较铸态的高,而高温压缩的强度则较铸态的低.     

动态流量控制法挤出镁合金三维弯曲管件

为了开发新的弯管件加工工艺,提出了一种动态调整传统分流挤压模具中分流孔内金属流量(dynamic flow control extrusion,DFCE)的挤压变形方法.在带有辅助调控挤压杆的630 T卧式挤压机上挤出镁合金弯管件,采用OM、SEM、TEM、拉伸试验等方法,研究了DFCE制造的镁合金弯管件的晶粒细化方式、微观组织结构和性能.结果表明:在变形温度450℃、直管挤压速度3 mm/s、弯管挤压速度1.5 mm/s、辅助调控挤压杆速度30 mm/s时,成功挤出变形均匀的弯管件;挤压后的直管部分和弯管部分的晶粒尺寸分别为7.9和12.8μm,且合金晶粒大小均匀;弯管部分室温拉伸强度和屈服强度分别由217和124 MPa提高到296和179 MPa,延伸率由12.9%提高到26.2%.DFCE挤压变形可以显著细化AZ91镁合金晶粒,其挤压过程中晶粒细化机制为位错驱动和动态再结晶,机械性能较铸态大幅度提高,坯料和挤出合金的拉伸断口分别呈现为准解理断裂和韧窝断裂的特征.     

AZ31镁合金棒材循环扭转变形及其对力学性能的影响

在室温条件下,对AZ31镁合金挤压棒材进行循环扭转变形,测试了扭转变形过程的力学性能以及变形后的微观组织和织构特征,并对扭转变形对镁合金棒材的力学性能影响进行了分析。结果表明:镁合金棒材在循环扭转过程中得到了严格对称的应力-应变滞回线,并且随着循环周期的增加,由于加工硬化和内部微裂纹扩展的共同影响,应力-应变滞回线上的应力峰值呈现先增加后减小的特征。在最大扭转角分别为60°和90°条件下,应力峰值出现在第四周期。镁合金棒材扭转变形后的晶粒中出现大量的拉伸孪晶带,孪晶启动使晶粒的 C 轴转向棒材轴线方向。镁合金棒材扭转变形后的力学性能测试结果显示,循环扭转变形明显提高了镁合金棒材压缩变形的屈服强度,其值由扭转前的约100MPa最大提高至约200MPa。