az31鎂合金組織性能的影響探討

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1、摘要擠壓變形AZ31鎂合金組織以絕熱剪切條紋和細(xì)小的α再結(jié)晶等軸晶為基本特征。擠壓變形可顯著地細(xì)化鎂合金晶粒并提高鎂合金的力學(xué)性能。隨擠壓比的增大,晶粒細(xì)化程度增加,晶粒尺寸由鑄態(tài)的d400μm減小到擠壓態(tài)的d12μm(min);強(qiáng)度、硬度隨擠壓比的增大而增大,延伸率在擠壓比大于16時(shí)呈單調(diào)減的趨勢(shì)?！≤堉谱冃问拱宀木ЯＣ黠@細(xì)化,硬度提高。AZ31合金中添加Ce,其鑄態(tài)組織中能夠形成棒狀A(yù)l4Ce相,并能改善合金退火態(tài)組織和力學(xué)性能;添加Ce可以改善AZ31的綜合力學(xué)性能。關(guān)鍵詞:AZ31變形鎂合金;強(qiáng)化機(jī)制；組織；性能緒論20世紀(jì)90年代以來(lái),作

2、為最輕金屬結(jié)構(gòu)材料的鎂合金的用量急劇增長(zhǎng),在交通、計(jì)算機(jī)、通訊、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、國(guó)防軍工等諸多領(lǐng)域的應(yīng)用前景極為廣闊,被譽(yù)為“21世紀(jì)綠色工程材料”,許多發(fā)達(dá)國(guó)家已將鎂合金列為研究開發(fā)的重點(diǎn)。大多數(shù)鎂合金產(chǎn)品主要是通過(guò)鑄造生產(chǎn)方式獲得,變形鎂合金產(chǎn)品則較少。但與鑄造鎂合金產(chǎn)品相比,變形鎂合金產(chǎn)品消除了鑄造缺陷,組織細(xì)密,綜合力學(xué)性能大大提高,同時(shí)生產(chǎn)成本更低,是未來(lái)空中運(yùn)輸、陸上交通和軍工領(lǐng)域的重要結(jié)構(gòu)材料。目前，AZ31鎂合金的應(yīng)用十分廣泛,尤其用于制作3C產(chǎn)品外殼、汽車車身外覆蓋件等沖壓產(chǎn)品的前景被看好,正成為結(jié)構(gòu)鎂合金材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)而受到

3、廣泛重視。第1章擠壓變形對(duì)AZ31鎂合金組織和性能的影響1.1擠壓變形組織特征及擠壓比的影響作用圖1-1為動(dòng)態(tài)擠壓變形過(guò)程中的組織變化。動(dòng)態(tài)變形過(guò)程大致分為3個(gè)區(qū)域:初始區(qū)、變形區(qū)和穩(wěn)態(tài)區(qū)，分別對(duì)應(yīng)著不同的組織。圖1-1a為初始區(qū)擠壓變形前的鑄態(tài)棒料組織。由粗大的α-Mg樹枝晶和分布其間的α-Mg+Mg17Al12共晶體組成,枝晶形態(tài)十分發(fā)達(dá)，具有典型的鑄造組織特征。晶粒尺寸為112~400μm。圖1-1b為變形區(qū)近穩(wěn)態(tài)區(qū)組織。圖中存在大量無(wú)序流線,流線彎曲度大、方向不定且長(zhǎng)短不一，顯然這種組織特征是在擠壓力作用下破碎的樹枝晶晶臂(α固溶體)發(fā)生滑

4、移、轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)果。圖1-1c為穩(wěn)態(tài)區(qū)縱斷面組織。圖中沿?cái)D壓方向分布的剪切條紋平行流線清晰可見，在平行流線上，分布著大量細(xì)小、致密的等軸晶粒。顯然,形變組織已發(fā)生了再結(jié)晶，平行流線可能是變形纖維在再結(jié)晶組織中的再現(xiàn)。晶粒間幾乎看不到α-Mg+Mg17Al12共晶組織。這表明，經(jīng)過(guò)大的擠壓變形后，鑄態(tài)組織中的共晶體發(fā)生破碎，離散分布于α固溶體中。擠壓流線密度較高,黑白相間，成簇狀穿越每一個(gè)再結(jié)晶晶粒。擠壓纖維橫向尺度比再結(jié)晶晶粒要小的多。圖1-2為λ=28時(shí)穩(wěn)定段不同截面組織。圖1-2a為45°斜截面組織,圖中晶粒細(xì)小，流線呈菊花瓣?duì)罘植?。圖1-2b為橫

5、斷面組織,圖中晶粒細(xì)小，短小的網(wǎng)狀流線依稀可辨。擠壓平行流線和再結(jié)晶等軸晶粒是變形組織的基本特征。圖1-3為不同擠壓比所對(duì)應(yīng)的變形組織。圖1-3a為λ=16的組織,圖1-3b為λ=64的組織。可知,在等溫?cái)D壓條件下，隨著擠壓比的增大，合金變形程度增加,擠壓組織進(jìn)一步細(xì)化,擠壓流線更加細(xì)密,晶粒變得更加細(xì)小。三種擠壓比(λ=16、28、64)分別對(duì)應(yīng)的晶粒平均尺寸為50μm、35μm和20μm。最小尺寸僅12μm,與快速凝固所形成的等軸晶尺寸(10μm)十分接近。觀察發(fā)現(xiàn),在橫斷面和斜截面上,周邊組織比中心區(qū)組織略顯細(xì)小和致密些,在中心區(qū)域存在年輪狀

6、或花瓣?duì)盍骶€條紋。相應(yīng)地,縱向擠壓組織中也存在晶粒大小和剪切條紋分布不均勻現(xiàn)象,邊緣區(qū)比軸線附近的條紋更加細(xì)密,晶粒顯得更為細(xì)小。這主要與擠壓棒材周邊變形量較大,中心變形量較小,晶粒細(xì)化程度不同有關(guān)。(a)(b)(c)圖1-1動(dòng)態(tài)擠壓變形過(guò)程中的組織變化(a)(b)圖1-2穩(wěn)定區(qū)不同截面組織(a)(b)圖1-3不同擠壓比所對(duì)應(yīng)的變形組織1.2擠壓比對(duì)AZ31鎂合金力學(xué)性能擠壓比:以坯料變形前后的面積比(擠壓比)作為變形程度的參數(shù)。即:λ=A0/A1=(d0/d1)2(1-1)式中,λ為擠壓比;A0為變形前坯料面積;A1為變形后坯料面積;d0為變形前

7、棒料直徑;d1為變形后棒料直徑。據(jù)此,變形前鑄棒的擠壓比為1,試驗(yàn)選定的擠壓比為16、28和64三種水平的影響。圖1-4為擠壓比對(duì)AZ31鎂合金力學(xué)性能的影響?？芍?與鑄態(tài)(λ=1)相比,變形鎂合金的強(qiáng)度σb和延伸率δ均有很大的提高。當(dāng)λ<16時(shí),強(qiáng)度和延伸率提高十分顯著;當(dāng)λ≥16時(shí),隨λ的增大,強(qiáng)度值增大,σb~λ曲線變化較為平緩,而延伸率有所降低,δ~λ曲線呈單調(diào)減小趨勢(shì)。尤其在λ=16~64范圍內(nèi),延伸率減小幅度較大。很明顯,在λ=16附近,存在著延伸率的極大值。圖1-5為擠壓比對(duì)AZ31鎂合金硬度的影響。圖中,隨著擠壓比的增大,硬度值單調(diào)

8、增加。另外,縱截面硬度的增加幅度(曲線陡度)比橫截面硬度的增加幅度要大一些,這可能與縱、橫向應(yīng)力分布不均衡有關(guān)。λ對(duì)鎂合金