AZ70镁合金热变形特性的研究

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镁合金作为一种轻质工程材料,具有比重轻、高比强度、高比刚度以及良好的铸造性能、良好的电磁屏蔽能力和易于再生利用等一系列独特的优点,其结构件在汽车、飞机、计算机及通讯等设备上获得了日益广泛的应用,因此镁合金被认为是21世纪最具发展潜力的和前途的材料。由于镁合金是密排六方结构,滑移系少,变形困难,所以镁合金的成形方式主要是压铸,传统的塑性加工的成形方式较少。但经过塑性加工之后,镁合金在组织性能上,将得到极大的改善。因此,探索和发展镁合金的塑性加工特性,研究适合于镁合金的塑性成形工艺具有非常重要的意义。为研究镁合金的塑性加工特性,本文以AZ70镁合金为研究对象。为了保证铸锭质量,使其后续的变形加工能够顺利进行,首先用半连续铸造法制备了品质优良的铸锭,同时对其进行了均匀化退火工艺的研究。可以发现退火前的显微组织为粗大网状的Mg17Al12相分布在α-Mg基体上。均匀化退火时,随着AZ70合金均匀化处理温度的升高和时间的增加,Mg17Al12相逐渐溶解,晶粒趋于均匀,硬度降低,但温度过高时晶粒会发生粗化。确定合理的均匀化工艺为410℃保温10h~15h。410℃/15h均匀化处理后,其力学性能有较大幅度的提高,其中σb提高23.1%,δ提高23.6%。对均匀化退火后的AZ70合金试样,在温度为300~420℃、应变速率为0.001~1s-1的变形条件下,采用Gleeble-1500热模拟机对其热压缩变形特性进行了研究。结果表明:流变应力首先随真应变的增加迅速上升,出现峰值后逐渐下降,当达到一定的真应变量后其流变应力基本不变;应变速率和变形温度对合金流变应力的大小有显著影响,流变应力随应变速率的增大而增大,随温度的升高而降低;在给定的变形条件下,计算出合金的变形激活能和应力指数分别为165.833kJ/mol和5.963,并且建立了合金高温变形的本构方程。热压缩变形时,合金组织也发生了变化:变形程度增大,晶粒细化,动态再结晶进行的更加完全;温度升高促进动态再结晶的发生,但是过高温度易使晶粒粗化;变形速率增大晶粒细化但动态再结晶进行的不完全;降低变形温度和提高应变速率可使再结晶晶粒平均尺寸减小。在温度为260~420℃、应变速率为0.05mm/s的变形条件下,采用Sintech 20/G高温拉伸试验机对AZ70合金的热塑性进行了研究。结果表明:在变形速率一定时,随着变形温度升高,变形抗力降低,伸长率增大,但420℃拉伸时氧化非常严重。综合考虑热压缩变形抗力、热压缩组织演化和高温拉伸性能变化等因素,在本试验条件下,材料的最佳工艺条件是:变形温度340~400℃,应变速率0.001~0.1s-1,并以低速为宜。在研究了AZ70镁合金热变形特性的基础上,对合金进行了挤压试验研究,成功试制了棒材、管材和型材。试验结果不仅对镁合金的进一步研究奠定了一定基础,而且为实际生产中工艺参数的制订、优化提供一定的依据。
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