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形变镁合金半固态加热过程中的再结晶及晶粒球状化

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第 25卷 第3期 20 04 年 6月
材料热处理学报
TRANSACTIONS OF MATERIALS AND HEAT TREATMENT
Vol 2 5 No 3
Jun e
2 00 4
形变镁合金半固态加热过程中的再结晶及晶粒球状化
袁 森1, 夏明许1, 王武孝1, 2, 蒋百灵1, 姚亮宇1
( 1 西安理工大学 材料科学与工程学院, 陕西 西安 710048; 2 西北工业大学 材料科学与工程系, 陕西 西安 710072)
压变形和切削变形 SIMA 法进行了研究, 发现这两种 变形方法均能获得满足半固态成形需要的等轴球化 组织。本文研究形变 AZ91D 镁合金升温和半固态等 温过程中的组织演变, 重点探索再结晶现象及其影响 作用, 为 SIMA 法制备 AZ91D 半固态坯料提供理论参 考。
1 实验方法
1 1 热挤压变形 采用 AZ91D 合金铸锭, 在 5000kN 型材挤压机上
20 世纪 70 年代, Flemings[ 1] 提出了半固态成形的 概念。 美 国 的 Thixmat 公 司 在 此 基 础 上 发 展 了 Thixmolding 工艺并正式推广商业应用[ 2] 。该工艺是 将预先加工成的镁合金固态颗粒通过机械旋切加热 搅拌, 使其成为半固态浆料并压射成形。其他的制备 半固态坯料 工艺, 诸如 机械搅拌、电磁搅拌、喷射沉 积、固液混合、半固态 等温处 理( SEU) 、超声波 振动 等, 都不能回避镁合金熔化保护这个问题, 应用受到 限制。
第 3期
袁 森等: 形变镁合金半固态加热过程中的再结晶及晶粒球状化
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熔点降低发生熔化, 曲率提供了其球状化的溶质原子 驱动力。
4 结论
( 1) 形变 AZ91D 镁合金半固态熔化过程中, 无论 加热速度快慢, 组织都要发生再结晶, 演变为等轴晶
粒。加热速度仅影响到等轴晶粒的均匀性。 ( 2) 再结晶是形变组织球化过程的必要条件。在
图 3 再结晶晶粒在 570# 保温的球化过程 ( a) 3min; ( b) 4min; ( c) 5min Fig 3 Spheroidization of the recrystallized grains soaking at 570 # for ( a) 3min; ( b) 4min; ( c) 5min
∀ 将未再结晶的试样直接入炉快速升温到 560 # 并等温处理, 观察再结晶过程及其对半固态晶 粒演变的影响。
2 实验结果
2 1 挤压形变组织的再结晶 对形变试样以 0 7 # s 的速度连续加热, 发现原
始的挤压条纹状组织随温度升高变为丝团状组织, 并 且丝团由紧密逐渐疏缓, 晶界开始显现, 如图 2a、b。 温度进一步升高, 试样开始再结晶, 形成多角形的等 轴晶, 如图 2c。当加热到 480 # 的时候, 团聚的丝团
织粒状化过程基本完成, 在晶粒内部出现弥散分布小 液滴, 组织演化以晶界熔化为主要方式。从图 4d 中 可以观察到被液相包围的部分晶粒边缘仍有明显的 棱角存在。再继续保温, 由于晶粒表面曲率不同, 形 成曲率过热, 曲率大的部位发生熔化。最终晶粒的表 面曲率趋于一致, 完成球化过程。通过适当的保温处 理可以使球化度( 围绕晶粒的小长方形的长宽比) 接 近于 1, 液相率也接近理论值, 如图 4e。 2 4 再结晶组织演化和等温组织球化过程的对比
3 分析与讨论
实验发现, 半固态加热过程中的再结晶现象具有 与低温下的再结晶不同的特征。由于直接加热到半 固态温度, 晶粒未经完全再结晶, 形变组织中存在残 余应力和高密度的显微缺陷, 与温度升高增加的激活 能一起提供给试样熔化所需要的能量, 所以熔化首先 发生在存储能大的地方, 如挤压条纹处。熔化处的液 相取代原有带状挤压条纹, 形成带状液相分布, 如图 4a、b。而晶粒中应力( 缺陷) 聚集区开始熔化的同时, 低熔点物质开始熔化并逐渐扩散聚集, 这两者是位错 在晶粒中移动的最大阻力。一旦晶界熔化和弥散的 低熔点相开始聚集, 阻碍位错移动的因素大大减少, 位错移动后造成晶界两侧的位错密度差和位错攀移 后出现的亚晶均能引起再结晶形核。并且由于熔化
Young K P 提出 的应变 诱发熔 化激活 法[ 3] ( The Stress Induced Melt Act ivated Process, 简称 SIMA 法) 制 备半固态坯料, 其工艺过程为: 将铸态合金通过变 形获得较大的激活应力; ! 等温处理, 获得半固态球 状化晶粒; ∀ 挤压触变成形。整个过程在半固态温度 下完成, 有望解决镁合金半固态坯料制备过程中的氧 化燃烧问题。日本的小岛阳等人[ 4] 对 AZ91D 合金滚
升温和保温过程中再结晶组织的粒状化使得晶粒得 以球化。
( 3) 快速升温到半固态温度时, 形变组织发生半 固态再结晶, 几乎与球化过程同时进行。
参 考文 献
1 Flemings M C. Behavior of metal alloys in the semi solid st ate[ J] . Metal Trans, 1991, 22B( 6) : 269~ 293. 2 Erickson S C. A Processing for the injection molding of thixotropic Mg alloy parts[ A] . 44th World Mg Conference[ C] , Tokyo, Japan: IMA , 1987.
收稿日期: 2003 10 20; 修订日期: 2004 03 09 基金项目: 陕西省教育厅产业化培育项目( 02JC33) ; 西安 市工业科 技攻关计划项目( GG200247) 作者简介: 袁 森( 1948 ) , 男, 西 安理工大 学教授, 硕士, 主 要从 事材料成形及复合材料的研究, 曾获省部级科技进步奖 4 项, 已发表 研究论文 50 余篇, 电话: 029 82312109, E mail: yuansen0814@ 163. com。
的必要条件。快速升温到半固态词: 形变镁合金; 半固态; 再结晶; 晶粒球状化
中图分类号: TG146 22; T B31
文献标识码: A
文章编号: 1009 6264( 2004) 03 0062 04
镁合金质量轻, 比强度、比刚度高, 减震性能好, 是 21 世纪具有很大发展前景的绿色材料。由于镁合 金具有较高的化学活性, 极易氧化燃烧, 熔化过程必 须附加防氧化工艺措施, 给生产带来环保和安全等方 面的问题。
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材料热 处理学报
第 25 卷
图 4 560# 保温过程中的再结晶演变 ( a) 2min; ( b) 3min; ( c) 4min; ( d) 5min; ( d) 6min Fig 4 Recrystallization of the deformed AZ91D alloy soaking at 560# for ( a) 2min; ( b) 3min; ( c) 4min; ( d) 5min and ( e) 6min
本身减小了再结晶形核长大的阻力, 再结晶长大速度 高于低温再结晶长大速度。这种再结晶是伴随着熔 化现象的半固态范围内的再结 晶, 晶粒长 大更加容 易, 长大以后的晶粒尺寸大小区别明显, 并且这种尺 寸差别会保留到球化组织中, 如图 3a、图 4c 所示。
挤压态树枝晶经过再结晶, 形成的多角等轴晶在 温度升高到半固态区间后, 熔化首先发生在晶粒边界 处。随温度升高或保温时间延长, 等轴晶的多角形凸 出部位受表面张力所产生的附加压力作用, 有回缩的 趋势, 因而逐渐熔化, 发展成球状晶。这也可以用界 面曲率使晶体端部熔点降低的理论来解释。等轴晶 凸出部位存在曲率, 熔点下降, 在升温过程中熔化形 成球形表面, 降低表面能趋于稳定。因此, 固态形变 再结晶形成等轴晶晶粒是 SIMA 方法制备半固态组 织晶粒球状化的必要条件。
将没有发生固态再结晶的变形 试样以 7 # s 的 速度直接加热到 560 # , 图 4a 中形变树枝晶受热后在 原先挤压条纹处出现条带状的液相, 同时出现独立细 小晶粒。随着保温时间的延长( 图 4b) , 小晶粒开始 长大, 这一过程为半固态温度下的再结晶过程, 表现 为再结晶生长和晶界的熔化同时进行, 原先连接在一 起的晶粒也开始分离, 形成独立的晶粒。图 4c 中组
进行挤压变形, 挤压工艺参数为: 模温 300 # , 挤压比 40, 获得 AZ91D 的挤压组织如图 1 所示。在挤压过程 中晶粒已经发生部分回复再结晶, 可以观察到细小等 轴晶的存在。
图 1 AZ91D 挤压组织 Fig 1 Deformed texture of AZ91D
1 2 液淬试验 将挤压棒材加工成 5mm ∃ 5mm ∃ 5mm 的试样, 一
Kirkwood D H[ 5] 和 Cau E R[ 6] 等人都认为, 经过一 定形变量的试样, 在半固态等温过程中首先发生再结 晶, 如果新晶界能大于液固界面能的两倍, 液相就能 渗入到再结晶的晶界, 使之 熔断而成为细 小颗粒组 织。苏华钦等人[ 7] 则认为常规树枝晶存在凹凸缘, 并 且由于半固态等温时原子扩散的微观不均匀性, 低熔 点原子易聚集在凹谷处, 而高熔点原子则被凸出部位 捕获, 导致 相的凸出部位不断长大, 而凹谷部位不 断缩小最终熔断, 变形只是提高了缺陷的密度从而加 速了原子的扩散。本文的工作发现变形组织的再结 晶对球化过程作用明显, 但没有观察到液相的渗入。 当试样在适当的温度保温一定时间时, 可以观察到再 结晶和晶界熔化几乎同时发生, 晶界的液相是由于低 熔点物质熔化和晶粒内部溶质原子在浓度梯度的作 用下向晶界扩散引起的。在图 3、图 4 中可以看到这 种由于溶质原子的扩散引起的液池分布的变化。当 晶粒内部的溶质原子扩散到晶粒外层, 使得晶粒边缘
面钻孔约 3mm 深, 以便插入热电偶。试样置于用厚 度为 0 2mm 的铜皮制成的 10mm ∃ 10mm ∃ 10mm 小坩

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az31镁合金在高温拉伸中的动态再结晶行为 金属所

az31镁合金在高温拉伸中的动态再结晶行为 金属所

az31镁合金在高温拉伸中的动态再结晶行为金属所az31镁合金在高温拉伸中的动态再结晶行为[序号一] 引言az31镁合金是一种常见的镁合金材料，具有低密度、高比强度和良好的抗腐蚀性能，因而在航空航天、汽车制造等领域得到了广泛应用。

然而，在高温条件下，az31镁合金的力学性能容易发生变化，尤其是在高温拉伸过程中，动态再结晶行为对材料的性能具有重要影响。

[序号二] az31镁合金的高温拉伸性能及动态再结晶行为在高温拉伸过程中，az31镁合金的晶粒会出现较大程度的变形和织构演变，同时还会发生动态再结晶现象。

这种动态再结晶行为对材料的力学性能和微观组织特征都会产生显著影响。

研究表明，在高温拉伸条件下，az31镁合金的晶粒尺寸会发生显著变化，少量低角度晶界和次晶粒将会形成，这对材料的强度和塑性均产生重要影响。

[序号三] 动态再结晶行为对材料性能的影响动态再结晶行为对az31镁合金的力学性能产生的影响是复杂的。

动态再结晶有助于减轻材料的织构，提高材料的延展性和韧性；另动态再结晶还可能引起材料中局部组织特征的变化，降低其强度和耐磨性。

对az31镁合金在高温拉伸中的动态再结晶行为进行深入研究，有助于更好地理解和控制该材料的力学性能。

[序号四] 我的观点和理解在我看来，az31镁合金在高温拉伸中的动态再结晶行为是一个复杂而值得深入研究的课题。

通过对其动态再结晶行为进行深入了解，可以为其力学性能的调控和优化提供重要参考。

我相信随着科研水平的提高和技术手段的不断完善，对az31镁合金在高温拉伸中动态再结晶行为的研究将会取得更加丰硕的成果，为该材料在工程领域的应用带来更大的发展空间。

[序号五] 总结az31镁合金在高温拉伸中的动态再结晶行为是一个复杂而值得深入研究的课题。

了解其动态再结晶行为对于优化材料的力学性能具有重要意义，也有助于推动该材料在航空航天、汽车制造等领域的应用。

我对这一课题的研究充满信心，相信在不久的将来必将取得更加显著的成果。

变形镁合金形变热处理的研究

变形镁合金形变热处理的研究

大连理工大学本科毕业设计（论文）变形镁合金形变热处理的研究The research of distortion magnesium alloy after heat deformationtreatment学院（系）：材料科学与工程学院专业：金属材料工程学生姓名：学号：指导教师：评阅教师：完成日期：大连理工大学Dalian University of Technology摘要镁及镁合金是目前最轻的金属结构材料，具有密度低、比强度和比刚度高、阻尼减震性好、导热性好、电磁屏蔽效果佳、机加工性能优良、零件尺寸稳定、易回收等优点，在航空航天、汽车、计算机、电子、通讯和家电等行业有着广泛的应用前景。

镁合金具有较好的铸造性能，目前镁合金产品以压铸件居多，但与铸造镁合金相比，变形镁合金晶粒细小，成分偏析低，具有较好的强度和塑性，是性能优良的镁合金，因此，镁合金塑性成形工艺的研究已成为世界镁工业中重要的方向。

由于镁合金密排六方的晶体结构，常温下塑性变形能力较差，加工成品率低，限制了其应用。

随着温度升高，原子振动幅度增大，会激活潜在的滑移面和滑移方向，使变形镁合金塑性性能大大改善。

本文从提高镁合金性能入手，将AZ31和AZ61挤压变形镁合金进行不同条件的热处理，研究T4处理、T5处理和T6处理对挤压变形镁合金显微组织和硬度的影响，结果表明：AZ31镁合金在350℃固溶12h下得到了较优化的热处理工艺的组合，AZ31镁合金硬度值达到65.5 HB。

AZ61镁合金在200℃时效12h下得到了较优化的热处理工艺的组合，AZ61镁合金硬度值达到70.0HB。

关键词：AZ31镁合金；AZ61镁合金；热处理；显微组织；力学性能The research of distortion magnesium alloy after heat deformationtreatmentAbstractMagnesium and magnesium alloy are the lightest metallic structural material at present. They have been used widely in the aviation, automotive, computer, and electronics industries, due to their unique properties such as low density, high specific strength and rigidity, good damping capacity and heat conductivity, excellent electromagnetic shield effectiveness and machinability, good dimensional stability and recycle character, and so on.Because of the close grain, low composition segregation and high strength and plasticity, wrought Mg alloy has better properties than cast Mg alloy. But Mg alloy is the HCP crystal structure, therefore its plastic deformation is worse at room temperature, and processed yield is also lower, which could be limit its application. The plasticity of wrought Mg alloy will be greatly improved with higher temperature. The behavior of pyroplastic deformation of AZ31 alloy was systematically studied with optical microscope and SEM. Physics and numerical simulation technique such as Gleeble-1500 thermal analog computer and ANSYS software were also employed.To enhance the magnesium alloy performance, we put AZ31 and AZ61 extrusion distortion magnesium alloy in different heat treatment condition. we study the basic theory and craft experiment of T4 processing,T5 processing and T6 processing of AZ31 and AZ61.The result show that: The optimized heat treatment technic of is AZ31 magnesium alloy 420℃12h after solution treatment while hardness increases to 65.5 HB, and the grain size is small. The optimized heat treatment technic of is AZ61 magnesium alloy 200℃12h after ageing treatment while hardness increases to 70.0 HB, and the grain size is 15μm.Key Words：AZ31 magnesium alloys；AZ61 magnesium alloys；Heat treatment；Microstructure；Mechanical properties目录摘要 (II)Abstract (III)1绪论 (1)1.1 镁及镁合金的概述 (1)1.2 镁及镁合金的基本性质 (2)1.3 镁合金的应用及前景 (4)1.4 镁合金的成型技术 (5)1.4.1挤压铸造 (5)1.4.2压铸 (6)1.4.3半固态铸造 (6)1.4.4轧制成型 (7)1.4.5冲锻成型 (7)1.4.6热挤压成型 (8)1.5 镁合金的热处理 (8)1.5.1 镁合金的热处理种类 (8)1.5.2 不同镁合金系的合金化及热处理 (9)1.6 论文的研究目的及研究内容 (12)2AZ31、AZ61变形镁合金的电磁连铸 (14)2.1 引言 (14)2.2 电磁连铸基本原理 (14)2.3 镁合金电磁成型系统装置 (15)2.4 镁合金电磁连铸过程 (16)2.4.1AZ31、AZ61镁合金成分 (16)2.4.2 镁合金的熔炼 (17)2.4.3镁合金的防护 (17)2.4.4镁合金的电磁连铸工艺参数 (19)3变形镁合金的挤压成形 (20)3.1 引言 (20)3.2 挤压工艺参数的确定 (20)3.3 热处理前变形镁合金的显微组织 (21)4挤压变形镁合金的热处理 (22)4.1实验方法 (22)4.1.1试样制备 (22)4.1.2试验工艺参数 (22)4.2热处理后变形镁合金的显微组织和力学性能 (24)参考文献 (32)致谢 (34)1 绪论1.1镁及镁合金的概述进入21 世纪，传统金属矿产资源的紧缺已成为全球性问题。

浅谈镁合金晶粒细化的方法和意义

浅谈镁合金晶粒细化的方法和意义

浅谈镁合金晶粒细化的方法和意义重庆大学材料科学与工程学院材料科学专业摘要 简述了镁合金的工程运用现状和细化晶粒的益处；以镁合金晶粒细化方法为主线，对镁合金在熔体阶段的过热处理、添加变质剂、物理场法、动态晶粒细化和快速凝固法，以及镁合金固态阶段的锻造、挤压、轧制和剧烈塑性变形等细化晶粒的方法进行了总结。

同时，归纳了镁合金细化晶粒的意义。

关键词 镁合金 晶粒细化 熔体 固态形变1 背景介绍纯镁是银白色金属，熔点651℃，密度为1.74×103kg/m3，是最轻的工程金属[1]。

镁合金具有密度低、比强度高、比刚度高、减振和抗冲击性能好等优点，而且还具有较好的尺寸稳定性和机械加工性能及低廉的铸造成本。

在汽车、电子、通信、航空航天、国防和3C 等行业都拥有广泛的应用前景。

但是镁合金密排六方的晶体结构特点，决定了在室温条件下独立滑移系少，导致室温塑性低、变形加工困难和变形容易开裂等阻碍了镁合金材料的广泛应用。

其次，镁合金强度偏低，无法应用于受力较大的工程环境，也成为镁合金大规模运用的一大瓶颈。

所有提高镁合金的室温塑性变形能力和强度有利于镁合金工程应用的普及和推广[2~5]。

细化晶粒是唯一可以提高金属构件强度的同时，又提高塑性的方法。

根据Hall-petch 公式210s -+=d k y σσ，材料的强度随着晶粒尺寸的减小而增大。

镁合金具有很大的系数k y ，所有，细化晶粒能够显著的提高镁合金的强度[6]。

而且，由于有细小均匀晶粒的材料发生塑性变形时，各晶粒分担一定的变形量，使变形更加均匀，位错在晶界处塞积少，应力集中小，材料开裂的倾向减小，从而提高材料的塑性。

2 晶粒细化方法目前用于工程和科研中有很多细化镁合金晶粒的方法，笔者综合相关论文报道将镁合金晶粒细化分为两个阶段细化：熔体阶段细化和固态形变处理细化。

2.1 熔体阶段细化2.1.1 过热处理法过热处理是浇注前将熔体温度升高并保持一段时间后再降温至浇注温度进行浇注的工艺过程。

半固态镁合金成形技术概述

半固态镁合金成形技术概述

重庆科技学院课程结业考试（论文）题目半固态镁合金成形技术概论院（系）冶金与材料工程学院专业班级材料工程技术08-02学生姓名刘明强学号2008630578任课教师孙建春职称讲师评定成绩___ _ __ 评语：年月日半固态镁合金成形技术概述姓名：刘明强学号：2008630578摘要：半固态镁合金制备是在20世纪末新起的最新制备镁合金的技术，半固态技术被认为是21世纪最具发展前途的近终成形技术之一［1］。

本文旨在为大家阐述半固态镁合金成形技术的基本概论，包括镁合金的相关阐述（性能、应用、加工技术等）；半固态成形技术的概念，半固态金属浆料的制备，以及半固态加工材料的制备技术等；重点是镁合金与半固态成形技术的结合，包括半固态镁合金浆料的制备，半固态镁合金材料的制备，半固态镁合金材料的热处理，半固态镁合金成形技术的国内国外现状和未来展望，同时阐述半固态镁合金制备的优缺点。

关键词：半固态、镁合金、浆料、半固态成形、流变成形前言：镁及镁合金作为一种新型的应用材料，近年来已广泛应用于军用、民用领域，如在航空航天、航海、通信、医疗、广播电视、音响影像器材、微电子技术、光学仪器等领域内，在汽车、摩托车、工具、家电电器、手机、计算机及电子设备等制品中都可看到镁合金的终极，在炼钢脱硫、铝合金生产、防腐工程中都离不开镁原料。

在汽车行业，上海汽车集团公司、一汽集团、东风汽车集团、江铃汽车公司等国内大的汽车公司均开始使用镁制零部件。

根据相关研究，汽车单车自重没减轻100Kg，每百公里耗油可减少0.7L左右，每节省1L燃料可减少二氧化碳排放量 2.5g。

而通过镁合金零部件的使用可有效的实现汽车轻量化目标。

镁合金应用于交通工具，除减中和降低油耗，还可以提高整车加速、制动性能，还能降低行驶振动和噪声，提高舒适度，可以加快散热，使发动机的综合性能提高一个档次，具有良好的经济效益。

镁合金的半固态成形目前是各国研究的热点：Ya-no Ei ji等利用余热的冷却斜槽近液相线铸造或得了半固态AZ91D镁合金组织；J M Kim等利用两步加热法得到了半固态AZ91镁合金浆料；Czerwinski F开发了半固态加工与挤压、喷射成形结合在一起的心的镁合金加工技术，一Mg-9% Al-1%Zn为例分析力组织性能变化规律；Chen J Y和Fan Z研究了半固态浆料的流变模型；Koren Z等研究了AZ91和AM503镁合金半固态热压铸和冷压铸成形。