耐热变形镁合金的塑性变形研究

在阐述变形镁合金的特性及应用现状的基础上,探讨了耐热变形镁合金的发展现状,论述了变形镁合金的塑性变形机制和塑性加工方法,并对耐热变形镁合金的应用前景进行了展望.     

变形镁合金的塑性变形机制与动态再结晶

综述了镁合金的几种塑性变形机制，并介绍了ZK60合金在不同温度下的变形机制。同时综述了镁合金的动态再结晶机制，以及动态再结晶对变形和超塑性变形的作用。     

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。     

镁合金预变形时效处理工艺的研究现状

分析了预变形工艺对镁合金孪生行为的影响,论述了不同类型的镁合金在预变形时效处理工艺下的析出行为,阐明了该工艺下镁合金力学性能的变化规律及强化机制,并提出了通过变形工艺可以调控镁合金的析出行为,使镁合金的晶内组织向着有利于提升力学性能的结构发展,最后对预变形时效处理工艺未来的研究方向进行了展望。     

不同工艺状态下AZ31B镁合金热压缩变形行为

镁合金在热加工过程中的变形机制复杂,且容易受到材料初始工艺状态和变形条件影响,因此呈现出不同的应力应变关系。采用铸态和变形态的AZ31B作为研究对象,通过Gleeble-1500获取坯料的应力应变曲线随温度和应变率的变化关系,基于Arrhenius双曲正弦型函数构建2种不同工艺状态下镁合金的本构模型,分析初始加工状态对镁合金应力应变关系及变形机制的影响。结果表明:当应变速率大于0.1 s-1,变形态镁合金在低温下由于变形织构及大量孪生产生而出现45°剪切断裂;在高温和低应变速率下2种工艺状态的镁合金变形机制相同,应力应变曲线基本相似;变形态镁合金的硬化指数n及变形激活能Q相比铸态镁合金更低。     

变形参数对铸态AZ80镁合金的影响研究

选择AZ80镁合金作为研究对象,在不同变形温度及应变量下,研究铸态AZ80变形组织演化规律以及对AZ80镁合金的影响情况。结果表明:温度对晶粒尺寸形状的影响不大,而对变形程度的影响较大;铸态镁合金主要的变形机制为孪生变形;塑性变形后流线分布不均匀。     

不同工艺状态下AZ31B镁合金热压缩变形行为研究

镁合金在热加工过程中的变形机制复杂,且容易受到材料初始工艺状态和变形条件影响,因此呈现出不同的应力应变关系。采用铸态和变形态的AZ31B作为研究对象,通过Gleeble-1500获取坯料的应力应变曲线随温度和应变率的变化关系,基于Arrhenius双曲正弦型函数构建两种不同工艺状态下镁合金的本构模型,分析初始加工状态对镁合金应力应变关系及变形机制的影响。实验结果表明：当应变速率大于0.1s_^-1,变形态镁合金在低温下由于变形织构及大量孪生产生而出现45°剪切断裂;在高温和低应变速率下两种工艺状态的镁合金变形机制相同,应力应变曲线基本相似;变形态镁合金的硬化指数n及变形激活能Q相比铸态镁合金更低。     

AZ80和AZ80-Ca-Ce镁合金热变形组织演变及其加工图建立

采用Gleeble 3800数控式热-力物理模拟试验机对AZ80和AZ80-Ca-Ce两种镁合金开展了热压缩研究,在压缩变形温度300℃～500℃、应变速率0.000 5 s~(-1)～0.5 s~(-1)范围内研究热变形过程中两种镁合金流变行为及微观组织演变规律,建立了热加工图。结果表明:Ca和Ce联合微合金化使AZ80镁合金的热变形激活能从142 kJ/mol提高到172 kJ/mol。通过建立两种镁合金热加工图及组织观察可知,Ca、Ce联合微合金化使AZ80镁合金的高温高应变速率变形区由失稳区转变为安全区,确定AZ80-Ca-Ce镁合金最佳的热塑性加工区间为应变速率0.01 s~(-1)～0.000 3 s~(-1)、温度340℃～425℃。通过对不同热加工条件下的微观组织变形和演变机制分析表明,在变形失稳区,两种镁合金的软化机制均以动态回复为主;在变形安全区,Ca和Ce联合微合金化使AZ80镁合金的组织演变和软化机制向动态再结晶转变。     

镁合金孪生机制及孪生对镁合金塑性变形的影响

综述了镁合金中常见的孪生模式及孪生机制。结合国内外对镁合金塑性变形研究的一些最新进展,重点介绍了孪生在低温变形阶段对镁合金流变行为、显微组织及织构和再结晶的影响。     

镁合金变形机理研究中的Schmid因子计算及应用

基于EBSD技术所测得晶粒的欧拉角,建立了Schmid因子计算公式,用来计算HCP晶体中单个晶粒的Schmid因子。在此基础上,系统分析了镁合金板材拉伸变形时晶粒取向变化与不同微观变形模式的Schmid因子的关系。对镁合金棒材中的基面织构的Schmid因子分布特征进行了计算分析,结合镁合金棒材压缩变形的实测结果,分析了镁合金棒材压缩变形的力学性能及镁合金棒材径向压缩过程晶粒取向变化特征。结果表明：镁合金板材中的基面织构不利于基面滑移系和拉伸孪晶启动,而利于柱面和锥面滑移系启动,异步轧制对镁合金板材力学性能的提升有限。晶粒Schmid因子分布的差异导致镁合金棒材轴向和径向压缩时的微观变形机制存在差异,从而导致宏观力学性能差异明显。     

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.     

Mg-4Al-0.29Mn-0.97Gd合金的热压缩变形行为

利用Gleeble-1500D热模拟机对Mg-4Al-0.29Mn-0.97Gd镁合金在应变速率为0.1~5.0s-1、变形温度为200~400℃的试验条件下进行热压缩变形行为进行了研究。结果表明,该合金热压缩时发生了动态再结晶;试样边缘部分的变形机制主要为孪晶,而试样中部的变形机制主要为再结晶;变形温度和应变速率综合影响镁合金的热压缩变形过程。     

热变形可生物降解镁基合金的微观组织特征和力学性能研究进展

镁合金凭借与人骨相近的弹性模量、体内自发的可降解性及优异的生物相容性,在生物医用领域表现出巨大的发展潜力。然而,镁合金室温塑性成形差及绝对抗拉强度/屈服强度低,限制了其广泛应用。热变形作为一种有效改善镁合金力学性能的方式,具有细化晶粒及破坏连续大尺寸第二相等特征,通过引入高密度位错进而显著提高材料强度和塑性。因此,从热变形医用镁合金组织演变特征出发,以变形方式为分类依据,综述了近年来医用镁合金热变形的研究动态。概述了轧制、锻造、挤压、高压扭转等4种典型热变形工艺的差异性特征。在此基础上,阐述了不同热变形工艺下医用镁合金的晶粒细化机制,动态再结晶过程和位错增殖对力学性能的影响规律。进一步归纳了热变形医用镁合金微观组织结构及力学性能的本质关联。     

脉冲电流条件下工业态AZ31镁合金板材的气胀成形

为解决工业态非细晶AZ31镁合金板材气胀成形能力差、成形极限低等问题,将脉冲电流引入到材料的气胀成形过程中,并对工业态非细晶AZ31镁合金板材进行脉冲电流辅助气胀成形研究。自由胀形实验表明:脉冲电流可提高工业态非细晶AZ31镁合金板材的气胀成形极限。显微组织分析表明:在脉冲电流辅助变形条件下,非细晶AZ31镁合金板材的气胀成形是多种变形机制综合作用的结果,这包括晶界滑移及扩散蠕变,晶内位错滑移及孪晶变形等。对脉冲电流作用机制的分析表明:脉冲电流可提升位错的扩散活性,增强其可动性,从而促进了上述变形机制的作用效果,提高了材料的气胀成形能力。     

变形镁合金研究现状

对变形镁合金的研究现状和最新进展做了评述.重点分析了变形镁合金合金化原理、主要合金元素在变形镁合金中的作用、变形镁合金的热处理以及变形镁合金制备中的诸如快速凝固和喷射沉积等特种制备技术.并简要介绍了变形镁合金的应用领域.     

基于滑移/孪生耦合模型的镁合金多晶体塑性成形分析

镁合金的各向异性是由滑移和孪生共同作用产生,而孪生是协调镁合金塑性变形的重要机制。尤其在低温变形条件下,滑移和孪生相互协调并影响其成形性能。为准确描述镁合金成形过程的变形机制,文章建立了一种基于滑移和孪生相互耦合的多晶体塑性模型,并引入到有限元分析过程中。其中金属塑性流动,由每个晶粒内滑移面上沿滑移方向产生的剪切变形及孪生面上的孪生变形共同组成,进而采用率无关晶体塑性模型模拟了AZ31镁合金压缩过程,并给出了孪晶体积分数随时间的变化曲线。研究表明,孪晶体积分数随变形应力产生相应变化,并且基面滑移和孪生是影响镁合金室温成形性能及加工硬化的主要因素。     

镁合金塑性变形力学行为与微观组织研究进展

介绍了镁合金在单轴压缩、单轴拉伸、轧制和挤压条件下塑性变形的力学行为及微观组织结构演变规律。简述了镁合金中二次拉伸孪生现象以及各种变形条件下孪生与孪生变体类型的选择规律。基于对镁合金位错滑移、机械孪生及动态回复与再结晶行为的认识,对镁合金力学行为的各向异性、轧制与挤压成型能力的影响规律进行了探讨,强调了初始织构对变形机制、动态再结晶及成型能力的重要影响。最后讨论了析出强化镁合金塑性变形与强韧化机理。     

变形镁合金的研究、开发及应用

综述了国内外主要的变形镁合金材料的基本特性、力学性能和应用领域，介绍了目前变形镁合金材料的研究现状和进展，以及制备高性能变形镁合金材料的新工艺，探讨了镁合金的合金化原理和主要合金元素在变形镁合金中的作用，重点阐述了稀土元素对变形镁合金控能的影响及稀土镁合金的研究与进展。塑性变形与热处理工艺相结合，可获得高强度和优良延展性、更多样化性能的镁合金结构材料。变形镁合金将成为21世纪重要的商用轻质结构材料。     

挤压态AZ81镁合金的超塑性及变形机制

研究了挤压态AZ81镁合金的超塑变形行为及其变形机制.首先将AZ81镁合金进行热挤压处理,然后在不同的温度和初始应变速率下进行了超塑性拉伸试验,计算了应变速率敏感性指数.通过观察和比较不同温度下材料的稳态流变现象,分析了超塑变形机制随着温度的上升而发生变化的原因.挤压态AZ81的超塑性变形机制是晶界滑移,而孔洞的形核与断裂是变形的协调机制.     

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。