挤压变形和微塑性变形对AZ31镁合金微观组织和性能的影响

摘要

本文主要是探索镁合金强韧化的有效途径。通过光镜、扫描电镜、透射电镜、XRD、显微硬度检测、拉伸测试等方法，研究了挤压变形和微塑性变形对AZ31镁合金显微组织和力学性能的影响。大变形包括常规挤压和等通道挤压(ECAP)，微塑性变形包括深冷调控处理以及脉冲磁场调控处理探讨镁合金不同塑性变形过程中组织演变规律，并建立镁合金的组织和性能间的关系，为提高镁合金强韧性提供新途径。
　　通过对比常规挤压和ECAP后AZ31镁合金的微观形貌来研究不同挤压方式对镁合金微观组织的影响。常规挤压后的试样内部变形不均匀，粗大晶粒较多，平均晶粒尺寸约为15μm。经常规挤压后的AZ31镁合金可启动的滑移系少，晶内位错密度低，孪生变形是其主要的变形机制。ECAP后的AZ31镁合金内发生了很大的剪切变形，晶粒细化比较均匀，平均晶粒尺寸约为8μm。合金中多个非基面滑移系激活，晶内位错密度较大，同时，又有很大比率的大角度晶界，晶粒间极易发生晶界滑移现象。ECAP的AZ31镁合金主要变形机制是非基面滑移系的启动和晶界滑移。
　　调节深冷过程中不同工艺参数，观察深冷调控处理对ECAP后的AZ31镁合金试样的微观组织与力学性能的影响。深冷调控处理后，镁合金的平均晶粒尺寸普遍得到了细化。当试样在-196℃下深冷24h回火后，合金的平均晶粒尺寸最小，约为4μm。深冷处理后晶粒中析出相的数量增多，主要有尺寸20nm左右的细小点球状β-Mg17Al12析出相和粗大棒状的β-Mg17Al12和α-Mn混合析出颗粒两种。深冷调控处理后，AZ31镁合金试样的平均显微硬度值得到了大幅度提高。从未处理时的55HV增大到222HV，硬度值提高了304％。这主要是由于深冷处理后合金内部晶粒的细化、析出相数量增加和表面残余应力增加而引起的。
　　改变脉冲磁场过程中的不同参数设置，观察冲击处理后挤压态AZ31镁合金的显微组织与力学性能的变化。脉冲磁场冲击处理后，合金内的晶粒发生了细化。当磁感应强度为4T，处理时间为30个脉冲时，晶粒的平均尺寸最小，约为6μm。经脉冲磁场处理后的AZ31镁合金，其析出相的数量随着磁感应强度和脉冲数的增加而变多，且处理后析出相旱细小的点球状弥散地分布在合金内。脉冲磁场处理对AZ31镁合金中的力学性能也有较大的影响，其中显微硬度值、残余应力、延伸率都随着磁感应强度的增加面变大。而对应试样的强度因晶粒的细化出现降低。当增加磁场处理的脉冲数时，对应合金试样的显微硬度、残余应力、抗拉强度的都呈波动性增加，而其延伸率上升则比较稳定。

目录

声明

摘要

第一章 引言

1．1 镁合金概述

1．2 镁合金晶体结构及塑性变形理论

1．2．1 镁合金晶体结构

1．2．2 镁合金的塑性变形理论

1．3 变形镁合金的分类及应用

1．4 镁合金应用的研究进展

1．5 提高镁合金强韧化的方法

1．5．1 镁合金常规挤压技术

1．5．2 镁合金等通道挤压技术

1．5．3 镁合金深冷处理技术

1．5．4 镁合金脉冲磁场处理技术

1．6 研究内容、意义及研究方案

第二章 实验选材、工艺及设备

2．1 实验选材

2．2 实验方案

2．2．1 常规挤压

2．2．2 等通道挤压(ECAP)

2．2．3 深冷处理(DCT)

2．2．4 脉冲磁场处理

2．3 镁合金金相制作与微观组织观察

2．3．1 金相制作

2．3．2 微观组织观察

2．4 镁合金的力学性能检测

2．4．1 显微硬度检测

2．4．2．X射线应力检测

2．4．3 力学性能检测

第三章 不同挤压方式对镁合金的组织演变规律的影响

3．1 不同挤压方式对镁合金晶粒度的影响

3．2 不同挤压方式对位错密度的影响

3．3 不同挤压方式下的塑性变形机制

3．4 本章小结

第四章 深冷调控处理对镁合金微观组织和力学性能的影响

4．1 深冷调控参数对AZ31镁合金晶粒度的影响

4．1．1 深冷循环次数对AZ31镁合金晶粒度的影响

4．1．2 保温时间对AZ31镁合金晶粒度的影响

4．1．3 处理温度对AZ31镁合金晶粒度的影响

4．1．4 降温速率对AZ31镁合金晶粒度的影响

4．1．5 深冷调控处理后的晶内微观组织

4．2 深冷处理对AZ31镁合金析出相的影响

4．2．1 深冷处理对AZ31镁合金析出相数量的影响

4．2．2 深冷处理对AZ31镁合金析出成分的影响

4．3 深冷调控处理对AZ31镁合金力学性能的影响

4．3．1 深冷循环次数对AZ31镁合金力学性能的影响

4．3．2 处理温度对AZ31镁合金力学性能的影响

4．3．3 保温时间对AZ31镁合金力学性能的影响

4．3．4 降温速率对AZ31镁合金力学性能的影响

4．4 本章小结

第五章 脉冲磁场冲击处理AZ31镁合金的微观组织和力学性能

5．1 磁场参数对AZ31镁合金组织的影响

5．1．1 磁感应强度对AZ31晶粒度的影响

5．1．2 磁场脉冲数对AZ31晶粒度的影响

5．1．3 位相关系对AZ31晶粒度的影响

5．1．4 脉冲磁场调控处理对AZ31中析出相的影响

5．2 脉冲磁场参数对AZ31镁合金力学性能的影响

5．2．1 磁感应强度对AZ31镁合金力学性能的影响

5．2．2 脉冲数对AZ31镁合金力学性能的影响

5．3 本章小结

第六章 全文结论及未来展望

6．1 全文结论

6．2 未来展望

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文及其他科研成果