Mg-Zn-Gd合金热挤压变形及再结晶机制观察

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镁合金因其密度低、循环利用性能好、物理性能优良,不仅在航空航天和军事应用领域,而且在汽车和3C工业中也越来越受到人们的关注。Mg-Zn系合金为常用的镁合金,具有良好的综合性能。Gd元素的加入可以降低层错能,促进热变形过程中的动态再结晶。热变形过程中动态再结晶的产生对协调变形起到了重要作用。为了增强镁合金的塑性,拓宽应用领域,需要深入研究其热变形过程中的再结晶机制。在热挤压过程中,因受强烈三向应力作用可以消除被加工铸锭组织中的一系列缺陷同时细化晶粒从而改善力学性能。热变形过程中的动态再结晶一方面协调变形起到了重要作用,另一方面对挤压制品组织形貌、力学性能以及织构等都有影响。故本文以Mg-1Zn-1Gd合金为研究对象,观察研究其热挤压变形及再结晶机制。首先,对Mg-1Zn-1Gd合金进行挤压比20挤压温度为420℃的热挤压试验,并采用DEFORM 3D模拟软件、金相显微镜、扫描电子显微镜以及电子背散射技术等手段对Mg-1Zn-1Gd合金挤压过程的再结晶行为进行研究分析。研究结果表明:挤压过程种由于受到三向应力,晶粒明显细化且均匀度显著提高,平均晶粒尺寸由铸态时的84.89μm减少到7.13μm。通过对不同的挤压变形区分析发现,挤压过程中随着变形量的增加,再结晶逐渐增多。连续动态再结晶(CDRX)与非连续动态再结晶(DDRX)在热挤压过程中并存。然后,对Mg-1Zn-1Gd合金分别进行不同挤压温度(420℃、450℃、480℃)相同挤压比(20)以及相同挤压温度(420℃)不同挤压比(20、30、40)的热挤压实验,通过对微观组织以及性能的研究发现:相同挤压比下挤压温度升高,平均晶粒尺寸逐渐增大,由7.13μm(420℃)增加到61.93μm(480℃)。较低挤出温度条件下,再结晶生成较为充分占比达到45%,而高挤压温度下,再结晶占比仅为13%。随挤压温度升高,抗拉强度先增后减,延伸率先减后增。挤压温度为420℃时,随着挤压比的增大,晶粒的细化效果明显。最后,对Mg-1Zn-1Gd合金进行电化学测试,通过微观组织、动电位极化曲线以及电化学阻抗谱(EIS)曲线的研究发现:再结晶产生越完全耐蚀性越好,因此完全再结晶结构体现出了最优的耐腐蚀性。当组织形貌均为完全再结晶结构的情况时,随着挤压比的增大以及挤压温度的提高耐蚀性均减弱。
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