AZ31镁合金板材轧制边裂深度预判模型研究

本研究在400℃温度下,分别以压下量10%,15%,20%,25%,30%,35%,40%和45%对初始厚度为7mm的AZ31镁合金板材进行了轧制过程数值模拟以及实验验证研究,并观察轧制后的显微组织。研究结果表明,在当前轧制条件下,当单道次压下量达到20%时,板材边部将有裂纹萌生,并且边部裂纹深度随着压下量的增大而不断增大,由20%时5240μm的边部裂纹深度增加到压下量45%的14056μm;根据数值模拟结果,得到了沿板宽方向的损伤值分布情况,建立了边部裂纹深度预判模型;对于裂纹深度,轧制实验实测值和所建立的裂纹深度预判模型的计算值之间的平均误差为9.23%; SEM观察结果表明边部裂纹附近的显微组织中含有大量孪晶。     

轧制温度对AZ31B镁合金板材边裂和组织的影响

通过热轧实验测试、金相观测和有限元分析,研究了轧制温度对AZ31B镁合金铸轧板边裂和组织的影响,以及板坯辐射散热过程中的温度分布。结果表明:实际轧制温度控制在350~400℃时,有较为理想的成材率和晶粒组织;沿板宽方向,板坯中部温度明显高于边部,致使轧制过程中板坯中部纵向延伸大于边部,边部不均匀变形和中部给予边部的纵向附加拉应力是边裂产生的直接原因;边部裂纹附近伴有明显的孪晶组织。     

AZ31镁合金高应变速率轧制边裂及力学性能各向异性

在300~400 ℃对铸态AZ31镁合金进行平均应变速率为10~29 s^-1的高应变速率轧制,研究轧制后镁板边裂、组织及力学性能的各向异性。结果表明:随着平均应变速率的增加,轧制边裂得到改善,350 ℃和400 ℃下边裂长度变化相比300 ℃时更加平缓;晶粒尺寸在温升和应变速率综合作用下并不随平均应变速率的增加而减小,反而出现波动;在相对较低的应变速率下,由于组织中长条形晶粒的存在,导致板材的各向异性明显;随着平均应变速率的增加,长条形晶粒减少,再结晶完全,组织趋于均匀,轧板的各向异性得到改善;轧板拉伸断口中可观察到撕裂棱和韧窝,以韧性断裂方式为主。     

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。     

基于二次开发的AZ31镁合金热轧有限元模拟和实验研究

利用ABAQUS提供给用户自定义材料本构模型的Fortran程序接口,对AZ31镁合金进行了材料模型的二次开发,编写了自定义的用户材料子程序(UMAT),并对AZ31镁合金热轧过程进行了有限元数值模拟。主要研究了初始轧件温度为673 K,不同压下率的条件下,板材变形区内厚度方向的温度和应变场的变化情况。数值模拟结果表明:板材在变形区内表面附近和中心位置的温度变化情况不同。随轧制的进行,表面温度先是骤降,然后有小幅度的上升;板材心部温度先是有小幅度的升高,然后大幅度的下降,表面和中心温差在30~40 K之间。板材近表面的应变高于中心层,随压下率的增加应变逐渐增加。微观组织观察结果表明:板材近表面的较大应变导致动态再结晶程度明显高于中心位置。     

热轧变形量对AZ31镁合金组织与力学性能的影响

在热轧变形量分别为15％、30％和50％时对AZ31镁合金进行热轧试验.采用光学显微镜、万能试验机和扫描电镜分析热轧变形量对试样的显微组织、力学性能和断口形貌的影响.结果 表明:随热轧变形量增加,平均晶粒尺寸减小,抗拉强度不断提高.在轧制变形量达到50％时,抗拉强度达到最大值306.3 MPa,抗拉强度比热轧前的增加了...     

AZ31镁合金薄板的焊接

ＡＺ31镁合金具有良好的耐蚀性、导热性 ,并且质量轻 ,具有一定的强度 ,在航空、航天、汽车等领域的应用前景较好 ,但目前国内还没有成熟的ＡＺ31镁合金焊接工艺。根据工程要求 ,我们对ＡＺ31型镁合金薄板进行了焊接工艺试验。1　焊接性分析ＡＺ31镁合金化学成分见表 1。其焊接性不良 ,主要表现在 :(1)化学活泼性强 ,焊接时极易产生氧化镁和氮化表 1　ＡＺ3 1镁合金化学成分 (% )材质Ｍｇ ＡｌＭｎＺｎＣａＳｉＣｕＮｉＦｅ杂质总和ＡＺ3 1余量 2 .5～ 3 .5 0 .2～ 1.0 0 .6～ 1.40 .0 40 .10 0 .0 5 0 .0 0 5 0 .0 0 5 0 .3镁造成焊缝夹渣…     

AZ31B镁合金板材轧制边裂与温度场研究

在轧制温度为350℃,轧制速度为0.5 m/s,压下量分别为20%,30%,40%的不同工艺条件下,对规格为150mm×150 mm×7 mm的AZ31B镁合金铸轧板材进行了轧制实验和数值模拟研究。对镁合金板材的表面温度场和裂纹应力状态进行了分析,并建立了其表面温度梯度数学模型。分析在不同轧制条件下AZ31B镁合金板的边裂损伤和温度分布的有限元数值模拟结果以及轧后显微组织,并将数值模拟计算结果和实验结果进行比较。结果表明:在同一温度条件下,随着轧制压下量的增大,镁合金板塑性变形产生的热量增大,而小压下量条件容易促进MgZn2和Mg2Si等脆性相的产生。因此,减少长条形孪晶和脆性相产生是控制边部裂纹的关键因素之一。     

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。     

中高应变速率轧制AZ31镁合金边裂组织研究

对铸态AZ31镁合金进行了轧制温度为320～460℃、平均应变速率为1.9～7.8 s ^-1的中高应变速率轧制,研究了不同轧制工艺参数下AZ31镁合金板的边裂长度及形核、扩展和止裂机制。结果表明,随着轧制温度的升高,边裂平均长度整体呈下降趋势。随着平均应变速率的增加,轧制边裂得到改善。边裂扩展路径上孪晶和再结晶是主要的微观结构。在中等应变速率轧制中,再结晶不完全,粗晶区和细晶区均存在。在高应变速率轧制中,再结晶速率快,再结晶完全,因此微观组织以细晶区为主。粗晶区的边裂由孪晶诱导产生并在边裂扩展路径上产生大量的孪晶,在边裂尖端,孪晶再结晶的产生抑制了边裂的扩展。细晶区的边裂是由孔洞形核、长大和合并引起的,大量细小的再结晶晶粒阻碍了边裂扩展,且晶粒越细小,边裂扩展受阻程度越大。     

AZ31镁合金热变形流动应力预测模型

采用近等温单轴压缩实验获得了AZ3l镁合金变形温度为523 723 K,应变速率为0.01—10 s^-1条件下的流动应力,分析了变形温度和应变速率对流动应力的影响规律.结果表明,AZ31镁合金变形过程中发生了动态再结晶,523 K时形成细小组织;而723 K时动态再结晶和长大的晶粒沿径向拉长.考虑实验过程塑性变形功和摩擦功引起的温度升高,在高应变速率条件下采用温度补偿修正了流动应力.在此基础上,建立了基于双曲正弦模型的峰值流动应力和统一本构关系,该模型利用材料参数耦合应变来描述流动应力的应变敏感性,进一步获得了合金热变形过程中流动应力与变形温度、应变速率和应变的定量关系.采用该本构关系模型预测流动应力具有较高的精度,预测值与实测值相关系数为0.976,平均相对误差为5.07%,实验条件范围内预测的流动应力与实验值几乎能保持一致.     

交叉轧制对AZ31镁合金边部组织及成形性的影响

为了改善镁合金变形组织及弱化基面织构强度,提高边部的成形性能。将AZ31B镁合金板在250℃~400℃的温度下以0.5m/s的速度进行热轧试验,设置四种不同交叉轧制路径,利用扫描电镜(SEM)、电子背散射(EBSD)技术详细分析了不同轧制工艺得到的镁合金板上边裂的宏观形貌、微观结构和织构。研究结果表明：镁板边部裂纹随着温度的升高呈减小趋势,在400℃条件下通过RII轧制路径得到的镁合金板几乎没有裂纹的出现。边部裂纹与轧制方向大致为45度,且RII路径下镁板边部为“O”形态的封闭裂纹,很难向两端进一步扩展,裂纹最宽部分为129μm。经过交叉工艺轧制后晶粒明显细化,大部分晶粒已发生完全动态再结晶,小角度晶界数量减少,基面织构也从23.68最低可降为7.62。更加细小的晶粒不仅可以产生更大面积的晶界,同时弱化基面织构,明显抑制裂纹的扩展,控制边裂的生成。     

轧制温度对AZ31镁合金轧制板材中的{1011}-{1012}双孪生行为的影响

在150-350℃温区内不同温度下轧制AZ31镁合金板,观察了不同温度下轧制变形量为9%的AZ31镁合金板材的显微组织,研究分析了轧制温度对轧制板材中{1011}-{1012}双孪晶的含量、类型以及高温轧制过程中双孪晶中的动态再结晶行为的影响,讨论了板材中的孪晶对其力学性能的影响.研究结果表明:在150-300℃温区内轧制时,板材组织中均有含量不等的{1011}-{1012}双孪晶,随着轧制温度的升高,孪晶含量下降.250℃以上轧制的板材中单片一次孪晶中出现的双孪晶类型较为单一,仅出现共面型双孪晶.在250℃以上轧制板材中的双孪晶晶界处中可以观察到明显的动态再结晶现象,这些动态再结晶晶粒对孪晶界和孪晶起到消除和吞噬的作用.350℃下轧制的AZ31镁合金板材中未观察到{1011}-{1012}双孪晶.随着轧制温度的升高,镁合金轧制板材的强度减弱而塑性增强.     

AZ91合金的热裂行为研究

介绍了一种新的研究合金热裂行为的方法．通过精确记录合金凝固过程中的应力和温度信息，并结合金相手段，对AZ91合金的热裂行为进行了研究．实验结果表明，在实验条件下AZ91合金最可能产生热裂的温度为实际凝固结束温度424.2℃，凝固后期共晶组织的出现是AZ91合金产生热裂的直接诱因．     

特殊成形工艺下AZ31镁合金的织构及变形机制

通过组织观察以及宏观和微观织构测定、分析了异步轧制及等径角轧制的AZ31镁合金形变机制,确定了在这两种工艺下{0001}基面织构的改善效果.结果表明:异步轧制产牛的平行于轧面的剪切力促进了与普通轧制状态下相反的基面滑移,使基面织构连续地弱化为倾转的基面织构;而等径角轧制通过产生与轧向成122.5°的剪切力,使基面取向的晶粒产生拉伸孪晶,形成与基面织构共存的柱面织构.因此这两种特殊工艺都可能改善镁合金的塑性.还分析了形变量和退火对织构的影响.     

相场方法模拟AZ31镁合金的静态再结晶过程

为了获得合金静态再结晶前的变形晶粒组织,应用网格畸变模型与相场模型结合,生成变形合金再结晶前的初始晶粒组织;针对合金不同变形区域的特征和体系储存能分布不均匀的特点,分别引入反映不同变形区域的储存能分布的权重因子和变形区域的特征状态因子,构造多状态的非均匀自由能密度函数.在此基础上,应用相场动力学方程模拟了AZ31镁合金的静态再结晶过程的微结构演化,系统地分析了再结晶转变动力学曲线和Avrami曲线,以及储存能释放规律和再结晶晶粒尺度分布.模拟得到的动力学规律符合JMAK理论,所得的Avrami曲线可近似看成一条直线,对应于真应变ε=0.25,0.50,0.75和1.00,该直线的平均斜率分别为2.45,2.35,2.19和2.15.Avrami时间指数随变形量的增加而降低.变形程度大的合金,储存能释放的速度快,完成静态再结晶所需的时间短.基于本文提出的模型,结合相场方法计算模拟所得的结果与已有的理论结果和实验结果符合良好.     

Paint-bake response of AZ80 and AZ31 Mg alloys

Aging behaviors of extruded and rolled AZ80 and AZ31 Mg alloys were investigated under conditions similar to the paint-bake cycle currently used in automotive industry.Artificial aging at 170℃ from 0.5 to 12 h was conducted on solution-treated specimens to study the effects of aging on mechanical properties.SEM observations and EDS data show thatβ-phase of Al12Mg17 precipitates continuously or discontinuously fromα-Mg matrix and distributes along grain boundaries of the AZ80 alloy during artificial aging.Data of tensile tests and Vickers hardness tests show that an optimum mechanical property is achieved after baking at 170℃ for 6-8 h when Vickers hardness,tensile strength,and elongation are increased by 6.35%,15.30%,and 7.88%,respectively, while the AZ31 alloy does not exhibit significant hardening behavior over the aging period.     

AZ31镁合金在中性NaCl溶液中的电化学噪声研究

采用电化学噪声技术研究了AZ31镁合金在0.1 mol/L中性NaCl溶液中的腐蚀电化学行为,并通过小波分析研究了该体系在腐蚀过程中的腐蚀特征及机理.结果表明:AZ31镁合金在腐蚀之初,由于电极表面覆盖有在空气中形成的离散氧化膜,导致EDP的高阶(低频)能量占据主导地位;同时由于侵蚀性粒子在原始离散氧化膜的缺陷处的攻击,导致与点蚀密切相关的低阶(高频)能量分量在EDP中也占据重要地位;在镁合金的整个腐蚀过程中重复地发生腐蚀产物膜生长、局部剥离和大面积剥离的现象.因此,EDP谱图的特征相应地发生规律性变化：产物膜比较完整时,低频能量分量占据主导地位;腐蚀产物膜局部剥离时,低频能量分量降低,高频能量分量增大;产物膜大面积剥离时,高频能量分量占据主导地位.