AZ31镁合金铸态组织及其退火工艺研究

MgCO_3在AZ31镁合金中的细化效果及机理高声远;张志强;乐启炽;贾征;崔建忠【期刊名称】《材料科学与工艺》【年(卷),期】2011(019)003【摘要】为改善AZ31镁合金铸态组织,用MgCO3对其进行细化,采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和金相显微镜研究了细化工艺参数对AZ31镁合金显微组织及其物相组成的影响.结果表明：在AZ31中添加质量分数为0.6%的MgCO3,于760℃保温10 min细化效果最佳,α-Mg晶粒的尺寸由基体合金的570μm降至100μm,降幅约82.5%.少量多次添加MgCO3的细化效果明显优于单次添加MgCO3的细化效果.研究认为,细化机理是MgCO3反应后生成的部分Al4C3质点作为异质核心细化晶粒,多余的Al4C3质点钉扎【总页数】4页(P49-52)【作者】高声远;张志强;乐启炽;贾征;崔建忠【作者单位】东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室,沈阳110004;东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室,沈阳110004;东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室,沈阳110004;东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室,沈阳110004;东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室,沈阳110004【正文语种】中文【中图分类】TG146.2【相关文献】1.Al-5C中间合金对AZ31镁合金的细化机理 [J], 张爱民;郝海;张兴国2.CaCO3在AZ31镁合金中的细化效果及机理 [J], 高声远;张志强;乐启炽;崔建忠3.Al-5C中间合金对AZ31镁合金的细化机理 [J], 张爱民;郝海;张兴国;4.AZ31镁合金膨胀−连续剪切变形的晶粒细化机理 [J], 车波;卢立伟;项瑶;马旻;罗骏;刘龙飞5.MgCO_3与La_2(CO_3)_3对镁合金晶粒细化效果对比的研究 [J], 韩世平;刘红梅;赵浩峰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

AZ31镁合金静态再结晶过程及机理的研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：陈建指导教师：刘天模教授专业：材料科学与工程学科门类：工学重庆大学材料科学与工程学院二O一二年十月Study on Static Recrystallization Process and Mechanism of AZ31 Magnesium AlloyA Thesis Submitted to Chongqing Universityin Partial Fulfillment of the Requirement for theMaster’s Degree of EngineeringByJian ChenSupervised by Prof. Tianmo LiuSpecialty:Material Science and EngineeringCollege of Material Science and Engineering ofChongqing University, Chongqing, ChinaOctober 2012摘要镁合金因其优越的物理性能如密度小，比强度高等，在工业上尤其是汽车和航天航空领域越来越受到重视。

但是由于其密排六方晶体结构室温下滑移系较少且不容易开动，导致了了它的延展性和冷加工性能比较差而限制了它的应用。

因此为了得到复杂的镁合金零件，我们通常使用铸造的方法，但是铸件存在夹杂、成分偏析等难以克服的缺点。

而焊接方法通过将简单的部件组装成复杂件因而丰富了镁合金的应用，但是如何提高焊接件的可靠性又是一个难题。

在镁合金产品加工成型过程中，再结晶过程能既能软化金属、提高其组织均匀性又能控制金属晶粒尺寸因而有重要作用。

而本文对再结晶的研究分为理论和应用两个部分。

论文首先研究了孪晶界对镁合金静态再结晶过程的影响，我们将铸态AZ31镁合金进行4%、8%和12%的压缩和锻造后，再在200和300℃下进行了不同时间的退火保温实验，然后通过金相、XRD和EBSD等实验手段比较了不同变形方式和变形量对孪生的影响以及不同退火保温条件下再结晶现象的差异，最后着重研究了不同的孪晶界对镁合金静态再结晶影响并探讨了其形核与长大的机制。

AZ31镁合金板材热态下成形极限图的理论预测与数值模拟的开题报告一、选题背景随着工业化水平的不断提高，各种高强度轻量化材料得到了广泛的应用。

其中，镁合金因其密度轻、强度高、成形性好、可再生利用等特点被广泛关注。

镁合金板材是一种重要的结构材料，在航空、汽车、火车等领域得到了广泛应用，因此对其成形极限的研究具有重要的意义。

二、研究目的本研究的目的是通过理论预测和数值模拟的方法，研究AZ31镁合金板材在热态下的成形极限图，探讨镁合金板材的成形性能，并分析不同因素对成形极限的影响。

三、研究内容1. AZ31镁合金板材热态下成形极限图的理论预测根据金属材料力学性能理论，利用成形极限理论和流变应力模型，建立AZ31镁合金板材热态下成形极限图的理论预测模型，并进行计算和分析。

2. AZ31镁合金板材热态下成形极限图的数值模拟基于有限元理论，构建AZ31镁合金板材热态下的成形模拟模型，利用ABAQUS有限元软件进行数值模拟计算，并分析其成形极限及其影响因素。

3. 实验验证通过压缩试验和拉伸试验，对实验样品进行力学性能测试和显微组织分析，验证预测模型和数值模拟的准确性，并对不同因素对成形极限的影响进行分析。

四、研究意义通过本研究，可以深入了解AZ31镁合金板材在热态下的成形极限性能，为优化材料加工工艺提供理论参考，并为新材料的开发提供重要的经验与思路。

五、研究方法1. 理论预测方法：成形极限理论和流变应力模型。

2. 数值模拟方法：基于有限元理论和ABAQUS有限元软件。

3. 实验验证方法：压缩试验和拉伸试验。

六、预期成果1. AZ31镁合金板材热态下成形极限图的理论预测。

2. AZ31镁合金板材热态下成形极限图的数值模拟结果及影响因素分析。

3. 实验样品的力学性能测试和显微组织分析。

4. 发表学术论文，并向相关行业提供参考建议。

轧制AZ31镁合金板材的显微组织和力学性能苗青【摘要】以初始晶粒尺寸为250～300 μm、20 mm厚的铸态AZ31镁合金板坯为原材料,对比研究4种轧制方案对轧后板材显微组织和力学性能的影响.结果表明,4种方案终轧板材的平均晶粒尺寸依次为5 μm、18 μm、6.5 μm和4.5 μm,抗拉强度均大于250 MPa,屈服强度均大于140 MPa,延伸率均大于20％.其中最佳方案制得了高塑性镁合金板材,抗拉强度为265 MPa,屈服强度为186 MPa,延伸率达29％,同时,板材沿横向、轧向和45°方向的性能相差较小,各向异性不显著.【期刊名称】《上海电机学院学报》【年(卷),期】2013(016)005【总页数】6页(P240-245)【关键词】AZ31镁合金板材;轧制;显微组织;力学性能【作者】苗青【作者单位】上海电机学院机械学院,上海200240【正文语种】中文【中图分类】TG113镁合金具有高比强度、高比刚度、减振性好等一系列优点，被誉为“21世纪最具潜力的绿色工程材料”。

变形镁合金板材、带材适用于“陆、海、空、天”等交通运载装备的制造[1-2]。

镁合金具有密排六方(HCP)的晶体结构，室温变形条件下塑性较差、加工成形困难，但变形镁合金较之铸造镁合金具有更优良的力学性能和尺寸稳定性。

轧制技术是通过塑性成形工艺生产板、带材最经济有效的方法之一，具有在大规模工业化生产中快速应用、全面推广的价值和空间[3-4]。

因此，研究与开发高性能镁合金板材的轧制工艺具有重要意义。

据文献[5-6]报道，传统的AZ31镁合金热轧工艺，一般均从120mm左右厚的铸锭开始轧制，始轧温度为420～450℃，终轧温度为300～260℃，单道次变形量15%～25%，一般轧制到2～4mm厚的板材需要加热3～5次，总轧制道次为28～30次。

热轧后板材的性能为：抗拉强度≥250MPa，屈服强度≥145MPa，延伸率在12%～21%，轧制后板材的方向性较明显。

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。

铸态AZ31镁合金板材等温轧制工艺及组织性能研究王欣;杨闯;胡连喜【摘要】为研究铸态AZ31镁合金轧制工艺及轧制后组织性能,通过试验得到不同道次和变形量对铸态AZ31镁合金板材显微组织和力学性能的影响规律,并采用扫描电子显微镜研究了轧制后板材组织.结果表明,铸态AZ31镁合金板材经等温4道次、等变形量轧制后,板材厚度由20mm变化到4.8 mm,抗拉强度和屈服强度分别达到275 MPa和187 MPa,延伸率为32%,板材性能方向性小.研究表明,AZ31镁合金板材力学性能既受到平均晶粒尺寸影响,也受到晶粒取向制约.铸态AZ31镁合金板材采用等温4道次、等变形量轧制工艺,能够获得性能优异的轧制板材.【期刊名称】《材料科学与工艺》【年(卷),期】2011(019)002【总页数】4页(P34-37)【关键词】AZ31镁合金;轧制;力学性能【作者】王欣;杨闯;胡连喜【作者单位】哈尔滨工业大学,材料科学与工程学院,哈尔滨150001;黑龙江工程学院,材料与化学工程系,哈尔滨150050;哈尔滨工业大学,材料科学与工程学院,哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】TG335.5镁合金具有密度低、比强度和比刚度高、抗震及减震能力强、电磁屏蔽效果优异以及易回收等一系列优点，在电子、电器、汽车、交通、航空、航天、医药材料等领域具有重要的应用价值和广阔的应用前景，被誉为21世纪最具发展前途的金属结构材料［1－2］.但镁合金的室温塑性低，且与其他广泛使用的材料相比，强度比较低，这与其室温滑移系少，塑性变形能力差有关.大量研究表明［3－8］，像热轧这种塑性变形方式可以有效细化晶粒，进而改变镁合金机械性能.为了提高镁合金的机械性能，优化轧制工艺参数是必不可少的，其中，非常重要的是轧制道次和变形量.Kim［9］等的研究表明，上下轧辊的速度比对提高镁合金板材的机械性能很有帮助.利用塑性变形方式提高镁合金机械性能主要是细化晶粒，而通过其他方法同样可以获得超细的镁合金晶粒以提高其力学性能，如粉末冶金［10］、快速凝固［11］以及侧向挤压［12］等方法，但对于大尺寸材料，这些方法稍显不足.本文实验研究了轧制条件下，不同轧制道次和变形量对铸态AZ31镁合金板材晶粒细化效果以及力学性能影响.本实验采用的铸态AZ31镁合金是从半连续铸锭切割下的坯料，坯料尺寸为20 mm(厚)× 140 mm(宽)×200 m(长).坯料的组织由粗大的铸造晶粒组成，平均晶粒尺寸约为350 μm.轧制试验在3150 kN压力机上进行.实验用铸态AZ31镁合金的化学成分见表1，其力学性能见表2.第1道次实验对20 mm厚铸态AZ31镁合金板材坯料进行轧制，轧制温度为400℃，轧制速度为5 m/min，分别对板材坯料进行变形程度为20%，30%，40%，50%的轧制，具体方案见表3.第2道次实验同样是400℃等温轧制，只是坯料选取第1道次轧下量为30%的14 mm厚板坯，轧制速度为5 m/min，分别进行变形程度为20%，30%，40%，50%的轧制，具体方案见表3.在上述实验研究基础上，本文制定了铸态AZ31镁合金板材坯料4道次轧制工艺.其中第1、2道次为400℃等温轧制，第3、4道次为300℃等温轧制，变形程度同为30%，具体方案见表4.对不同工艺等温轧制AZ31镁合金板材取金相试样，金相组织分析在奥林巴斯GX71金相显微镜上进行，晶粒尺寸计算由光学显微镜通过线性插值法测定.采用Instron5569拉伸试验机对轧制后AZ31镁合金板材的室温力学性能进行测试，拉伸试验的应变速率为1×10－3s－1，拉伸试样尺寸如图1所示.图2所示为第1道次、不同变形量轧制后金相组织照片.从图2可以看出，随着变形程度增大，细小晶粒越来越多，粗大晶粒越来越少，平均晶粒尺寸随着变形量的增加逐渐增大.但晶粒大小的不均匀普遍存在，基本上还是混晶组织.这是由于在等温轧制过程中发生了动态再结晶，基本上消除了原始铸态组织形态.产生动态再结晶的原因是由于镁的层错能较低，与面心立方结构的金属相比滑移系较少，且镁合金的晶界扩散速度较高.图3所示为第2道次不同变形程度400℃等温轧制后 AZ31镁合金的金相组织，变形量为20%，30%，40%，50%，原始坯料选取第1道次轧下量为30%的14 mm板坯，但由于40%和50%轧下量板材破裂严重，无法进行力学性能测试，故第2道次仅选择20%和30%轧制变形量的板材进行组织分析.由图3可以看出，随着轧制变形量的进一步加大，晶粒大小并没有太多变化，只是晶粒尺寸逐渐变得均匀，平均晶粒尺寸大约在20 μm.由于第2道次大变形量轧制情况下板材破裂严重，因此，接下来通过降低轧制温度，即300℃的等温轧制，坯料采用第2道次30%变形量的板材，厚度为9.8 mm，进行变形量为30%共2道次轧制，即第3和第4道次轧制，结果如图4所示。

AZ31镁合金型材挤压的分析研究
1、镁合金棒材质量对挤压型材质量的影响
铸态熔炼镁棒的质量对挤压型材的质量有决定性影响，如果镁棒有缩松、夹杂、偏析和组织成份等缺陷，会严重影响型材的表面质量和力学性能。

2、挤压筒和镁棒温度对挤压型材质量的影响
挤压筒和镁棒温度过高将使挤压型材的表面出现烧损、横裂纹和各种划痕等缺陷。

降低挤压筒温度和镁棒的预热温度可减少裂纹和划痕的形成，并能减轻型材的表面氧化，但如果不降低挤压速度，则可能加大挤压设备的磨损，增加折旧成本。

3、挤压速度对挤压型材质量的影响
不论挤压镁合金还是铝合金，材料本身的变形能力决定了挤压速度的大小，也决定了挤压时的工作温度。

在金属镁合金挤压过程中，金属材料变形本身会释放大量挤压热，所以在模具中金属变形时的实际工作温度并不会降低。

但是由于镁合金熔点低、易氧化，所以挤压速度过快又会引起型材表面快速升温，导致表面烧损，如果挤压速度超过镁合金材料本身变形能力，则会出现表面裂纹等缺陷。

挤压速度过低，挤压热释放少模具温度低，容易发生挤不动的现象，并降低产量，增加生产成本。

4、模具预热温度对挤压型材质量的影响
模具预热温度过低将导致镁棒温度快速下降，发生挤不动现象，设备磨损严重；而温度过高也会使型材表面出现烧损、横裂纹和黑褐色。

出现挤不动现象时，有两种方法解决模具内残料问题，一是用铝合金将剩余的镁合金挤出来，然后在碱液中溶解并清洗模具；另一种是将残余镁合金和模具一起加热再继续挤压。

5、细小晶粒度对挤压型材质量的影响
通过对挤压型材各种情况下产品显微组织分析和力学性能检测，可以看出晶粒越细小、产品力学性能越好。