ZM6镁合金热变形微观组织及力学性能的研究

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ZM6耐热镁合金具有良好的耐热性、耐腐蚀性,在高温下具有较高的强度和较好的抗蠕变性,由于铸造组织缺陷,合金在室温下难以变形,限制了ZM6合金的广泛使用。在高温下对合金进行热变形处理,能够改善合金微观组织,提高合金综合力学性能,从而扩大合金的使用范围,因此发展ZM6变形镁合金具有重大的意义。本文采用ZM6耐热镁合金作为实验材料,首先对铸态ZM6合金进行固溶处理,然后进行热力模拟压缩变形实验,通过分析ZM6合金的热变形行为获得本构方程和热加工图,得到ZM6合金的最佳热加工范围。在最佳热变形工艺范围内对合金进行不同挤压温度和不同挤压道次的等通道转角挤压(ECAP)变形,细化合金晶粒尺寸,最后对合金进行低温时效处理进一步探索ECAP变形对合金微观组织和性能的影响。通过金相显微组织观察(OM)、X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜分析(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)和透射电镜(TEM)分析了热变形合金的显微组织结构演变和室温力学性能变化。在350~440℃和0.001~1 s-1条件下对固溶态ZM6合金进行热力模拟压缩变形时,随着应变速率的增加和变形温度的降低,合金的流变应力随之增大,合金的流变应力曲线及显微组织图呈现出明显的动态再结晶特征。合金的热变形激活能(Q)为217.5204 k J/mol,热压缩本构方程为:(?)。合金的热变形失稳区域主要在低温高应变速率区域,且随着应变量的增加,失稳区域逐渐减小且向高速率高温方向推进。ZM6合金安全的热加工工艺参数为:变形温度(T)为409~440℃,变形速率((?))为0.001~0.025 s-1和T为376~389℃,(?)为0.001~0.002 s-1的两个加工区域。铸态和SA态ZM6合金主要由α-Mg基体与Mg12(Nd,Zn)相组成。SEA态合金中有Mg41Nd5相与Mg12(Nd,Zn)相析出。经过ECAP变形后,合金平均晶粒尺寸((?))明显得到细化,随着ECAP变形温度的提高,SEA态ZM6合金的(?)不断变大,合金中第二相总含量逐渐减少,第二相形貌主要从长棒状到大量片状、棒状再到短棒状;合金的硬度、抗拉强度和屈服强度逐渐下降,延伸率逐渐上升。SEA 2P态合金的显微组织晶粒沿着ED方向被拉长,合金的(?)为13.2μm。合金在不同挤压温度下经过4道次ECAP变形时效后,随着挤压道次增加,SEA态ZM6合金的(?)明显得到细化且组织较均匀,第二相总含量也逐渐增加,且第二相尺寸逐渐变大,合金中第二相形貌主要从粒状、长棒状和片状到大量片状、棒状再到基本上全为长棒状;合金的硬度逐渐上升,抗拉强度、屈服强度和延伸率则是先上升后又下降。其他条件一定时,在425℃经过4道次ECAP变形时效后合金的综合力学性能最好,其极限抗拉强度达到244.32 MPa,延伸率为14.19%,相比SA态ZM6合金塑性提高了125.6%。经过不同条件下的ECAP变形时效后,SEA态ZM6合金断口均为典型的韧性断裂,且断口上具有较多的韧窝,韧窝中有明显可见的第二相粒子析出。
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