脉冲电流轧制对AZ31镁合金微观组织与力学性能的影响

对比研究脉冲电流轧制工艺与温轧工艺对AZ31镁合金板材的力学性能、织构、微观组织与沉淀相等方面的影响。结果表明：脉冲电流具有促进冷轧AZ31镁合金低温再结晶能力的作用。脉冲电流轧制后的镁合金板材组织由细小的等轴再结晶粒与析出相构成,没有发现孪晶组织,并且完全再结晶,原始晶粒均被细小的再结晶晶粒取代,再结晶晶粒内的位错密度低。而温轧镁合金组织则由稍拉长变形孪晶、粗大的再结晶晶粒和析出相构成,再结晶的晶粒内位错密度高。两种轧制方式下的镁合金析出相均为Mg17Al12。脉冲电流轧制后镁合金的织构具有典型基面织构的特征,而脉冲电流轧制镁合金的织构则出现横向偏转;脉冲电流轧制后镁合金的屈服强度与伸长率均比温轧镁合金的大,但抗拉强度正好相反。     

电流加载方式对AZ31B镁合金板材拉伸变形行为的影响

为了探究脉冲电流加载方式对AZ31B镁合金板材拉伸变形行为的影响,通过单向拉伸实验研究了脉冲电流加载方式(持续加载与间断加载)和加载时间对AZ31B镁合金板材塑性的影响,结合试样温度场分布分析了电流辅助拉伸过程中试样宽度与厚度方向的应变分布,并观察了不同电脉冲电流参数条件下的微观组织。结果表明,脉冲电流间断加载能够有效提高材料塑性,降低变形抗力,在占空比为40%、电流加载时间为9 s条件下,AZ31B镁合金板材伸长率达到40. 5%,并且发现在脉冲电流作用下,试样温度分布不均匀,从而导致了应变不均匀。此外,脉冲电流作用下AZ31B镁合金在较低温度下发生了不同程度的晶粒长大。     

AZ31镁合金挤压板材的中温变形机理及软化机制(英文)

研究AZ31镁合金挤压板材在473～523K的温度范围内。应变速率0.001～1.0s-1压缩时的流变应力行为,计算板材沿挤压方向压缩时的激活能,并结合光学显微镜和透射电子显微镜探讨合金软化机制和变形机理之间的联系。结果表明,在中温下沿挤压方向压缩时,AZ31挤压态镁合金的变形激活能为174.18kJ/mol。这说明,由热激活位错交滑移所控制的动态再结晶是合金中温变形的主要软化机制。位错滑移是中温变形的主要变形机理,而孪生的作用则不大。其主要的动态再结晶机制为持续动态再结晶,并伴随少量的孪生动态再结晶。     

脉冲电流对AZ31镁合金显微组织及拉伸变形行为的影响

为改善镁合金塑性变形能力,在AZ31镁合金的拉伸变形中引入高密度脉冲电流,研究了脉冲电流对合金显微组织及拉伸变形行为的影响规律,并探讨了其机理。结果表明,与未加脉冲电流拉伸相比,施加脉冲电流的AZ31镁合金的变形抗力显著降低,并且随脉冲电流密度的提高,其变形抗力下降的幅度增大。施加脉冲电流的合金在拉伸过程中发生了明显的动态再结晶,再结晶晶粒细小均匀,从而降低了合金的变形抗力。这是由于脉冲电流可以提高原子通量、促进原子扩散、加快小角亚晶向大角度亚晶转变,从而促进了合金的动态再结晶。另一方面,脉冲电流产生的电效应能够改变位错的激活能,使其容易克服滑移面上的障碍,增加位错可动性,从而提高合金塑性变形能力。     

AZ31B镁合金的铸轧组织及其相关变形机制

利用金相显微镜、透射电子显微镜对AZ31B镁合金铸轧板坯的微观组织进行研究.结果表明:铸轧AZ31B镁合金板坯主要由α-Mg基体、枝晶间Mg17Al12共晶体和弥散分布的细小析出相组成,铸轧对晶粒的细化效果不明显;板坯在铸轧过程中经历一定的塑性变形,且变形多分布于板材表层;塑性变形在合金中产生大量的位错及位错胞的同时,也产生一定数量的孪晶;经孪生改变晶体取向后的晶粒会在适合的条件下发生滑移变形,孪生和滑移的协同作用使孪晶和位错共存、孪晶中位错的产生和孪晶的变形;铸轧时的塑性变形和高温还导致回复和再结晶的发生.     

搅拌摩擦加工AZ31细晶镁合金超塑性行为

借助搅拌摩擦加工工艺制备了AZ31细晶镁合金,研究对比了原始母材和各种晶粒尺寸细晶镁合金的超塑性行为。结果表明:AZ31板材平均晶粒尺寸由7.67μm细化到0.94~3.21μm。在450℃,应变速率5×10~(-4) s~(-1)时原始母材最大延伸率为630%,搅拌摩擦加工后的材料最大延伸率为405%,说明晶粒尺寸与超塑性性能没有线性关系。超塑性变形机制主要是晶界滑移,孪生对变形也有一定影响。断裂机制是晶间微小空洞的形成、长大和连接。     

脉冲电流对AZ31B镁合金板材退火过程的影响（英文）

通过脉冲电流和热处理炉对AZ31B镁合金板材进行退火处理,并分析脉冲电流对合金显微组织及位错密度演化的影响。结果表明:脉冲电流能增强晶界的迁移,使孪生晶粒球化成等轴晶,从而切割原始粗大晶粒并细化显微组织。该过程能使原始显微组织更加均匀,并消除典型的层片状孪晶。此外,脉冲电流还能增强位错的湮灭。当材料在300°C下脉冲电流辅助退火4 min后,其位错密度甚至低于在400°C的热处理炉中退火3 h且未发生塑性变形的组织。不仅如此,脉冲电流对位错湮灭的促进作用随峰值电流密度的增强及脉冲频率的降低而增强。     

高应变速率下AZ31镁合金的各向异性及拉压不对称性

采用分离式霍普金森拉杆及压杆装置,研究挤压态AZ31镁合金高速变形下的各向异性及拉压不对称性,并从微观变形机制的角度探讨具有强烈初始基面织构的挤压态镁合金各向异性及拉压不对称性产生的原因。结果表明:在高速变形条件下,依据加载方向及应力状态挤压态AZ31镁合金的拉伸行为表现出很强的各向异性,但压缩行为的各向异性不明显;在挤压方向表现出很强的拉压不对称性,而在垂直于挤压方向的拉压不对称性很低。挤压态AZ31镁合金宏观上的各向异性及拉压不对称性是由于不同的微观变形机制所引起的。沿挤压方向拉伸的主要变形机制为柱面滑移,沿垂直于挤压方向拉伸及压缩的主要变形机制为锥面滑移;沿挤压方向压缩时初始变形机制为拉伸孪晶,当变形量为0.08(8%)左右时由于孪晶消耗殆尽,变形变而以滑移的方式进行。     

热轧过程中AZ31镁合金的组织及织构演变

对AZ31镁合金铸轧板进行单道次热轧实验,利用光学显微镜、X射线和透射电镜对热轧过程中微观组织和织构的演变规律进行研究。结果表明:AZ31镁合金铸轧板具有较强的基面织构,当热轧变形量较小时,孪生是主要的变形机制;当热轧变形量较大时,位错滑移成为主要的变形机制;10%热轧态中出现的透镜状的{1012}宽孪晶使基面织构明显减弱;20%热轧过程中则出现{1012}、{1011}-{1012}两种不同形貌的孪晶;当变形量大于20%时,位错滑移大量开动,基面织构也显著增强,并在随后的退火过程形成细小均匀的再结晶组织。     

AZ31镁合金板材超塑性气胀成形研究

研究了AZ31镁合金板材不同工艺条件下的气胀成形性能。实验表明,胀形高度随温度的升高而增大,且应变速率敏感指数值均大于0．3。在673 K,0．7 MPa下胀形25 min所得的胀形件胀形高度达23．34 mm,高径比为0．67。由金相及SEM电镜观察可知,在胀形件的顶端晶界处聚集了大量空洞。通过动态再结晶,晶粒得到了很大细化。并且随变形程度的增大,晶粒细化更明显。AZ31镁合金板材的超塑性胀形主要由晶界滑移控制,动态再结晶则为重要的辅助机制。     

AZ31镁合金板材超塑性气胀成形研究

研究了AZ31镁合金板材不同工艺条件下的气胀成形性能。实验表明，胀形高度随温度的升高而增大，且应变速率敏感指数值均大于0.3。在673K,0．7MPa下胀形25min所得的胀形件胀形高度达23．34mm，高径比为0．67。由金相及SEM电镜观察可知，在胀形件的顶端晶界处聚集了大量空洞。通过动态再结晶，晶粒得到了很大细化。并且随变形程度的增大，晶粒细化更明显。AZ31镁合金板材的超塑性胀形主要由晶界滑移控制，动态再结晶则为重要的辅助机制。     

搅拌摩擦加工AZ31细晶镁合金超塑性行为研究

借助搅拌摩擦加工工艺制备了AZ31细晶镁合金,研究对比了原始母材和各种晶粒尺寸细晶镁合金的超塑性行为。结果表明：AZ31板材平均晶粒尺寸由7.67μm细化到0.94μm~3.21μm。在450℃,应变速率5×10-4/s-1时原始母材最大延伸率为630%,搅拌摩擦加工后的材料最大延伸率为405%,说明晶粒尺寸与超塑性性能没有线性关系。超塑性变形机制主要是晶界滑移,孪生对变形也有一定影响。断裂机制是晶间微小空洞的形成、长大和连接。     

镁合金塑性变形机制

针对不同晶粒尺寸的镁合金AZ31及添加稀土Ce或Nd的AZ31Ce/AZ31Nd的轧制变形行为,探讨了滑移、孪生和晶界滑动三种变形机制在镁合金塑性变形过程中的作用.结果表明:多种变形机制共同作用可提高镁合金在热变形时的塑性变形能力;合金热变形及再结晶退火后,在平均晶粒尺寸为50 μm以上的大晶粒中,变形机制以滑移和孪生为主,位错运动和增殖会使位错在变形过程中互相缠结、钉扎以及受晶界的阻碍而终止运动;孪生容易发生在不利于滑移的晶粒中促进塑性变形;在5～20μm的小晶粒中,晶界滑动机制发挥了重要作用,它可以协调大尺寸晶粒的变形而对提高镁合金变形能力起有益的补充作用.     

{1012}拉伸孪晶对AZ31B镁合金动态力学行为及应变速率敏感性的影响

采用分离式Hopkinson压杆和反射式拉杆装置在室温对挤压态AZ31B镁合金进行了动态压缩和拉伸试验,分析了AZ31B镁合金沿挤压方向压缩和拉伸时的不对称性和应变速率敏感性.结果表明:沿挤压方向压缩时,拉伸孪晶{1012}<1120>首先启动,屈服强度对应变速率不敏感;沿挤压方向拉伸时,拉伸孪晶不能启动,位错滑移参与变形,应变速率敏感性有所提高;由于拉伸孪晶只能单向启动,AZ31B镁合金在挤压方向的动态拉压不对称性显著.     

AZ31B铸轧镁合金板材的预变形温热拉深

针对AZ31B铸轧镁合金板材温热拉深性能差的问题,提出预变形温热拉深工艺。对AZ31B铸轧镁合金板材在20～220℃进行预变形温热拉深实验研究。结果表明:预变形使铸轧镁合金板材的拉深性能明显改善,使AZ31B铸轧镁合金板材具有最佳拉深性能的冲头温度范围(20～95℃);凹模温度选择在160～220℃范围内,铸轧镁合金板材具有良好的拉深性能,极限拉深比可达到2.26;随着拉深成形温度的升高,工件中动态再结晶晶粒数量逐渐增加,220℃拉深成形时工件中再结晶晶粒分布趋于均匀。     

AZ31B镁合金薄板超塑性气胀成形

利用热拉伸试验、气胀成形、金相显微镜和扫描电镜,研究AZ31B镁合金薄板热拉伸性能、气胀成形性能及其组织结构.结果表明:在变形温度为425℃,应变速率为1.0×10-3～6.6×10-5s-1时,其流动应力4～12MPa,延伸率则为200%～327%,挤压+热轧,冷轧的镁合金薄板表现出良好的超塑性;在变形温度为425℃,应变速率为1.0×10-3s-1条件下AZ31B镁合金板材的超塑气胀成形性能较好,胀形件的高度可达24 mm以上,其高径比大于0.80.     

AZ31+1.0Y+1.3Sr镁合金正方形截面壳体制件气胀成形工艺研究

采用双辊连铸连轧工艺制造出了1 mm厚的AZ31+1.0Y+1.3Sr镁合金板材,使用其板材气胀成形了正方形截面盒型壳体制件,并对其工艺进行了研究。采用光学显微镜和扫描电镜对制件进行了显微组织分析,探索了镁合金变形机理和最佳成形条件。通过对制件壁厚分布和空洞组织分析,探究了正方形截面壳体制件变形过程和断裂机理。结果表明,连铸连轧的AZ31+1.0Y+1.3Sr镁合金板材在400℃、1.8 MPa气体压力下成形的零件是饱满的。     

细晶粒AZ31(Ce)镁合金板材的组织与性能

研究了稀土元素Ce对Mg-AL-Zn系AZ31镁合金板材轧制、退火后组织与性能的影响，探讨了细晶粒镁合金的塑性变形机理。结果表明，AZ31(Ce)合金轧制变形及退火后，可以获得尺寸十分细小的晶粒(约10μm)，变形能力进一步提高。细晶粒镁合金在变形过程中有多种变形机制共同作用，在大尺寸晶粒中，变形机制以滑移和孪生为主，而在小尺寸晶粒(约10μm)中，晶界滑动机制发挥了重要作用，它可以协调大尺寸晶粒的变形对提高镁合金变形能力起有益的补充，有效地提高镁合金的轧制变形能力。     

高应变速率下AZ31B镁合金的压缩变形组织

采用分离式Hopkinson杆在应变速率为496～2 120 s-1范围对挤压态AZ31B镁合金进行了高速冲击压缩实验,并采用金相显微镜对压缩后镁合金的组织演变规律进行研究.结果表明:在不同应变速率下变形时,挤压态AZ31镁合金的应力-应变曲线几乎重合,说明AZ31B镁合金的应力对应变速率不敏感;但其显微组织变化对应变速率非常敏感,当变形速率较低时,其组织几乎全部由孪晶组成;当应变速率增加时,孪晶数量减少;在应变速率相对较低时(496 s-1),镁合金变形主要以孪生方式进行;当应变速率较高时(2 120 s-1),除孪晶变形之外,柱面滑移和锥面滑移也可能启动以协调变形.     

Schmid因子的理论计算及其在镁合金高速变形过程中的应用

为了便于分析镁合金在高速变形过程中的变形机制,计算了4种滑移方式(基面滑移、柱面滑移、锥面a滑移和锥面c+a滑移)和2种孪晶方式({1012}拉伸孪晶和{1011}压缩孪晶)的Schmid因子。结合电子背散射衍射(EBSD)技术,获得了轧制态AZ31镁合金原始样品的Schmid因子实验值,并将理论计算值与实验值进行了比较。采用Hopkinson压杆对AZ31镁合金轧制板材在1600 s-1的应变速率下进行了高速冲击实验,对所获得的样品进行了金相组织观察。结合Schmid因子计算结果,讨论了不同方向样品在不同加载方向下的主要变形机制。结果表明,Schmid因子的理论计算值与实验值可以很好吻合。Schmid因子计算简单、表达方便,可以有效分析镁合金中主要的变形方式和解释应力-应变曲线特征。镁合金中不同变形方式的Schmid因子值及其变化规律均不相同,其计算结果可为镁合金中织构所引起的各向异性现象的分析提供理论依据。