MB15镁合金板材的超塑性能研究
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MB15合金等通道转角挤压组织模拟和实验分析
MB15合金等通道转角挤压组织模拟和实验分析于彦东;周浩【摘要】The process of equal channel angular pressing (ECAP) was numerically simulated using a finite element software Deform-3D to study the improvement and advancement of plastic processing performance. The method of the combining application of finite element simulation and experimental analysis was explored to investigate the variation of grain structure during the ECAP forming process of Mg alloy. The results show that the grain size of the sample in different zones reduce remarkably, following the sequence of P1, P2 and P3. Its average grain size reduces to 2.3-3.1 μm from its former average size of 13.32 μm. The microstructures of the sample was observed by an metalloscope after the ECAP experiment within one pass. Its average grain size reduces from 13.32 μm to 2.2 μm. After comparing the results of finite element numerical simulation and the ones from experimental analysis, there is a good fit in grain refinement between the two.%采用等通道转角挤压(ECAP)对MB15合金试样进行挤压,利用有限元软件DEFORM-3D进行ECAP晶粒组织模拟,探索采用有限元模拟与实验分析相结合的方法,研究镁合金ECAP成形过程的晶粒组织变化规律.模拟结果表明:数值模拟后试样从头部P1处、中部P2处到尾部P3处的晶粒组织细化程度明显减小,平均晶粒尺寸从初始的13.32 μm减小到2.3～3.1 μm;采用ECAP方法进行一道次挤压,试样的平均晶粒尺寸从13.32 μm减小到2.2 μm.对比数值模拟与实验分析结果表明:两者在晶粒细化程度上吻合良好.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2011(021)002【总页数】7页(P296-302)【关键词】MB15合金;等通道转角挤压(ECAP);晶粒细化;模拟【作者】于彦东;周浩【作者单位】哈尔滨理工大学,材料科学与工程学院,哈尔滨,150040;哈尔滨理工大学,材料科学与工程学院,哈尔滨,150040【正文语种】中文【中图分类】G379镁合金作为一种结构材料[1−2]，具有密度低、比强度和比刚度高、电磁屏蔽效果好、抗震能力强，易于机械加工成形和易于回收再利用等优点[3−4]。
挤压变形对MB15镁合金及组织性能的影响
中 ,等轴的再结晶晶粒只出现在非 Zr 、Zn 条带区 ,而 密布着析出物质点的富 Zr 、Zn 条带区没有发生再结 晶 ,说明弥散分布的质点可能有阻止再结晶的作用 。 而从力学性能来看再结晶更充分的管材后端力学性 能优于管材前端和型材 。
图 1 3 %硝酸酒精 溶液 图 2 10 %氢氟酸水溶液 图 3 3 %硝酸酒精溶液 腐蚀 , (150 ×) 腐蚀 , (150 ×) 腐蚀 ,热处理 410 ℃ 24h (100 ×,加偏振光)
[ 关键词 ] 镁合金 ;挤压 ;显微组织 ;力学性能 ;挤压比 中图分类号 : T G113 ; T G376 文献标识码 :B 文章编号 :1000 - 8446 (2004) 01 - 0041 - 05
Research on the Extrusion and Properties of MB15 Magnesium Alloy YU Xia ng , DIN G Pei2dao , P EN G J ia n , YAN G Chun2mei
2. 3 挤压变形组织特征及挤压比的影响 图 7 为动态挤压变形过程中的组织变化 。动态
变形过程大致分为 3 个区域 :初始区 ,变形区和稳态 区 ,分别对应着不同的组织 。图 7a 为初始区挤压变 形前的铸态棒料组织 。由粗大的α2Mg 树枝晶和沿 晶界分布的α2Mg + MgZn , ZnZr 化合物组成 ,枝晶 形态十分发达 ,具有典型的铸造组织特征 。晶粒尺 寸为 100～200μm 。图 7b 为变形区近稳态区组织 。 图中可见由于热加工塑性变形和多边形化使晶粒破
收稿日期 :2003211220 作者简介 :于翔 (1978 - ) ,男 ,山东南掖人 ,硕士研究生 ,主要从事轻合金新材料研发 。
ECAE镁合金超塑性变形行为的研究的开题报告
ECAE镁合金超塑性变形行为的研究的开题报告题目：ECAE镁合金超塑性变形行为的研究背景和意义：随着现代工业的不断发展，轻质高强材料的需求也越来越大。
镁合金因其较低的密度和优异的力学性能，在汽车、航空航天等领域被广泛应用。
然而，镁合金的低塑性和易于疲劳等缺点限制了其进一步的应用。
因此，开发出新的提高镁合金塑性的方法变得十分必要。
超塑性是指材料在高温下具有超过1000%的延伸率，是一种可行的改善材料原有塑性的方法。
而挤压等通道变形（ECAE）作为一种有效的获得超塑性材料的方法，被广泛应用于金属材料的研究中。
本研究旨在通过ECAE工艺来改善镁合金的塑性，并探究其超塑性变形行为和机理，为镁合金的应用和发展提供理论依据和实验支撑。
研究内容：1. ECAE工艺在镁合金中的应用2. 镁合金经过ECAE后的塑性及其超塑性特性研究3. 镁合金经过ECAE后的微观组织演变和变形机理分析研究方法：1. 预备工作：选取合适的镁合金，设计合适的ECAE工艺参数2. 材料制备：采用ECAE工艺对镁合金进行加工3. 材料性能测试：测量镁合金在不同温度下的真应力、真应变4. 材料分析：采用X射线衍射分析、扫描电子显微镜等手段对镁合金进行显微组织观察和分析研究预期结果：1. 通过ECAE工艺提高镁合金的塑性2. 分析镁合金经过ECAE后的超塑性变形行为和机理3. 为镁合金的应用和发展提供理论依据和实验支撑参考文献：1. Valiev, R. Z., & Langdon, T. G. (2006). Principles of equal-channel angular pressing as a processing tool for grain refinement. Progress in Materials Scien ce, 51(7), 881-981.2. Wu, X. B., Lee, S. W., & Nakata, T. (2003). The superplastic deformation behavior of magnesium alloy processed by equal channel angular pressing. Materials Science and Engineering: A, 353(1-2), 50-58.3. Liu, H. M., Wu, X. B., Lee, S. W., & Nakata, T. (2002). Influence of extrusion die angle on the superplastic deformation of a Mg-Al-Zn alloy processed by equal channel angular pressing. Acta Materialia, 50(19), 4941-4949.。
镁合金的超塑性
２
维普资讯
现代材料动 态
镁 系 材 料 工 业 化地 进 行超 塑性 成 形 的例 子
２０ 年 第 ５ ０２ 期
但 已有 实验 室 级 的用 超 塑 性 吹 塑 成 形 、超 塑 性
锻 造 的方 法 进 行 实验 室 试制 的报 道 。 另外 ，利 用超 塑 性 变 形 的 新 的成 形 方 法还 有 超 塑 性 注 射 成 形 、超 塑 性旋 压 成形 。但 用 上述 方 法 成 形 ， 由于变 形 速 度 较 慢 ，因此 生 产 效 率 较 低 ， 并 且 成 形 温 度 要 求 较 高 ，操 作 性 差 ，模 具 易损 导致 成 本 上 升 因 此 如 何提 高超 塑 性 变 形 速
度 、降低 超 塑 性 变 形温 度 成 为必 须解 决 的课题 。 三 ．先 进 的镁 超塑 性 材料 高 速 超 塑 性 是 指 应 变速 度 在 与工业 生 产 速 度相 当 的 １ 五 以上 仍 具有 超 塑性 。具 有 高 ＯＳ
里 大 学 离子 束 应用 研 究 中心 的 加速 器 施 加 达 ２０万 Ｖ 的 巨大 电压用 来加 速 质 子 。 高能质 子 ０ 轰 击 在 Ｍｇ ２ 品 上 穿透 的深 度 仅 为 ｎ ０ｌ Ｂ 样 ×１‘ ｍｍ，但 沿 着 这条 路径 使镁 和 硼 原 子 的排 列 失 准 。帝 国 学 院 的研 究 人 员通 过 改 变 辐 照 强度 已能 在 Ｍｇ ２内创造 出一定 范 围的缺 陷密 度 。 Ｂ
人 员用 铁作 包 套成 功 地 拉成 了线 材 。
所得 线 材在 ４２ 的温度 下临 界 电流 密 度 为 ８ ０ ０ Ａ ｃ 与普通 Ｍｇ ： 乎 福 同。 金松 ．Ｋ ５０ ／ｍ： Ｂ几
浩 等人 的研 究表 明 ，用铁 以外 的 其 它 金属 作 包 套 材 料将 明显 降 低 Ｍｇ 线 材 的 载流 密 度 ， Ｂ： 其 原 因 是存在 弱 连 接 问题 。
维普资讯
现代材料动 态
镁 系 材 料 工 业 化地 进 行超 塑性 成 形 的例 子
２０ 年 第 ５ ０２ 期
但 已有 实验 室 级 的用 超 塑 性 吹 塑 成 形 、超 塑 性
锻 造 的方 法 进 行 实验 室 试制 的报 道 。 另外 ，利 用超 塑 性 变 形 的 新 的成 形 方 法还 有 超 塑 性 注 射 成 形 、超 塑 性旋 压 成形 。但 用 上述 方 法 成 形 ， 由于变 形 速 度 较 慢 ，因此 生 产 效 率 较 低 ， 并 且 成 形 温 度 要 求 较 高 ，操 作 性 差 ，模 具 易损 导致 成 本 上 升 因 此 如 何提 高超 塑 性 变 形 速
度 、降低 超 塑 性 变 形温 度 成 为必 须解 决 的课题 。 三 ．先 进 的镁 超塑 性 材料 高 速 超 塑 性 是 指 应 变速 度 在 与工业 生 产 速 度相 当 的 １ 五 以上 仍 具有 超 塑性 。具 有 高 ＯＳ
里 大 学 离子 束 应用 研 究 中心 的 加速 器 施 加 达 ２０万 Ｖ 的 巨大 电压用 来加 速 质 子 。 高能质 子 ０ 轰 击 在 Ｍｇ ２ 品 上 穿透 的深 度 仅 为 ｎ ０ｌ Ｂ 样 ×１‘ ｍｍ，但 沿 着 这条 路径 使镁 和 硼 原 子 的排 列 失 准 。帝 国 学 院 的研 究 人 员通 过 改 变 辐 照 强度 已能 在 Ｍｇ ２内创造 出一定 范 围的缺 陷密 度 。 Ｂ
人 员用 铁作 包 套成 功 地 拉成 了线 材 。
所得 线 材在 ４２ 的温度 下临 界 电流 密 度 为 ８ ０ ０ Ａ ｃ 与普通 Ｍｇ ： 乎 福 同。 金松 ．Ｋ ５０ ／ｍ： Ｂ几
浩 等人 的研 究表 明 ，用铁 以外 的 其 它 金属 作 包 套 材 料将 明显 降 低 Ｍｇ 线 材 的 载流 密 度 ， Ｂ： 其 原 因 是存在 弱 连 接 问题 。
镁合金的超塑性
镁合金的超塑性梁冬梅周远富褚丙武（中国铝业郑州研究院，郑州 450041）摘要：综述了镁合金的超塑变形特点及晶粒细化对镁合金超塑性的影响,描述了镁合金的高应变速率超塑性和低温超塑性。
指出镁合金超塑成形技术的发展将大大拓展其应用领域。
关键词：镁合金；超塑性；晶粒细化The Deformation Mechanism and Superplasticity ofMagnesium AlloysLiang Dong-mei Zhou Yuan-fu Chu Bing-wu（Zhengzhou Research Institute of Chalco，Zhengzhou 450041,China）Abstract：The characteritics of superplasticity and the effects of fine grain on superplasticity are described. High strain rate and low temperature superplasticity of magnesium alloys are reviewed. The developing of superplastic forming will enlarge the applications of magnesium alloys.Key words：magnesium alloys; deformation mechanism; superplasticity；fine grain0 前言镁是所有结构用金属及合金材料中密度最低的。
与其他金属结构材料相比，镁及镁合金具有比强度、比刚度高，减振性、电磁屏蔽和抗辐射能力强，易切削加工，易回收等一系列优点，在汽车、电子、电器、航天、航空和国防军事工业领域具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景，是继钢铁和铝合金之后发展起来的第三类金属结构材料，被誉为“2l世纪绿色工程金属结构材料”[1]。
镁合金超塑性的变形机理
Deformation mechanisms, current status and development direction of superplastic magnesium alloys
CHEN Zhen-hua, LIU Jun-wei, CHEN Ding, YAN Hong-ge (School of Materials Science and Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China)
第 18 卷第 2 期 Vol.18 No.2
中国有色金属学报 The Chinese Journal of Nonferrous Metals
2008 年 2 月 Feb. 2008
文章编号：1004-0609(2008)02-0193-10
镁合金超塑性的变形机理﹑研究现状及发展趋势
陈振华，刘俊伟，陈 鼎，严红革
表1 变形图中不同变形机理的本构方程[7, 10]
Table 1 Constitutive equations for different deformation mechanisms Creep process Diffusional flow Grain boundary sliding & = k 3 ( D L / d 2 )(σ / E ) 2 ε Lattice diffusion sliding
7.59×108
Pipe diffusion controlled
& = k 4α ( D p / d 2 )(σ / E ) 4 ε & = k 5 ( DGB b / d 3 )(σ / E ) 2 ε
3.81×108 7.04×107
改善变形镁合金塑性的研究进展
改善变形镁合金塑性的研究进展*任红霞,刘长瑞,张 娟,鞠克江(西安建筑科技大学冶金工程学院,陕西西安710055)摘 要:综述了变形镁合金的基本塑性变形特征,变形镁合金常温下因塑性较差限制其发展,故改善变形镁合金的塑性成为变形镁合金研究与应用中急需解决的重点。
细化晶粒、提高变形温度和超塑性变形等方法可以显著提高变形镁合金的塑性,本文介绍了以上2种方法改善变形镁合金塑性的最新研究进展。
关键词:变形镁合金;塑性变形;晶粒细化;超塑性中图分类号:T G146 文献标志码:A镁及镁合金是21世纪轻量化材料,其比重轻,比强度和比刚度高,阻尼性、导热性、切削加工性和铸造性好,具有电磁屏蔽能力强、尺寸稳定、资源丰富、容易回收等一系列优点,其开发和应用受到越来越多的关注,成了 最年轻的金属结构材料之一[1]。
目前,镁合金的应用主要是以模铸、压铸等工艺生产产品,但产品容易出现晶粒粗大、组织太致密、成分偏析且力学性能偏低等缺陷,不能充分发挥镁合金的性能优势。
与铸造镁合金相比,变形镁合金晶粒细小,无偏析和微观孔洞,具有优良的综合性能以及较高的强度、塑形和韧性。
此外,众多领域所需板材、棒材、管材和型材等重要结构材料只能用塑性成型工艺生产,但是镁合金塑性较差、成形困难及成材率低成为变形镁合金加工与应用的瓶颈,因此改善变形镁合金的塑性成为其应用中急需解决的关键技术之一。
细化晶粒、提高变形温度和超塑性变形可以显著改善镁合金的塑性,是较有前景的塑性改善方法。
本文从以上3个方面介绍了变形镁合金塑性改善的研究进展,并指出塑性变形技术进一步的发展方向。
1 变形镁合金的塑性变形特征镁合金属于密排六方晶体结构,对称性低,室温下滑移系少,塑性变形时只有基面滑移和角锥面孪体质量分数容易偏低。
通过观察,固体质量分数过低,达到工艺范围下限时漆膜会出现缩孔,因此应定期向槽液内补加高浓度颜料浆与树脂,保持电泳漆的固体质量分数在工艺要求范围内,保持在工艺范围的中限较好。
镁合金材料超塑性的研究进展
镁合金是继钢铁和铝合金之后发 展起来的第三类金属结构材料 ,并被称 之为“21 世 纪 绿 色 金 属 结 构 工 程 材 料”[1 ,2 ] 。
由于晶 体 发 生 塑 性 变 形 时 滑 移 面 总是原子排列的最密排面 ,而滑移方向 总是原子排列的最密方向 。因此 ,密排六方结构的多 晶镁 ,其塑性变形在低于 498 K 时仅限于基面{0001} 〈11 20〉滑移及锥面{101 1}〈10 11〉孪生 [3 ,4] 。镁合金 变形时只有 3 个几何滑移系和 2 个独立滑移系 ,与其 它常用金属如铝 、铁 、铜相比 ,镁的滑移系少是造成其 塑性变形能力差的主要原因 。目前 ,大多数镁合金产 品都是用铸造方法生产的 ,很少采用锻压 、轧制 、挤压 等塑性成型方法加工 ,这使镁合金的应用受到了极大 地限制 。为此 , 镁合金超塑成形受到国内外广泛关 注[5] 。 目前 ,超塑成形技术主要用于铝 、钛等合金零件的 生产 ,很少用于镁合金零件的生产[6 ,7] 。因此 ,研究镁 合金超塑性及其成形技术对于扩大镁合金应用范围 、
·664 ·
铸造技术 FOUNDR Y TEC HNOLO GY
Vol. 26 No . 8 Aug. 2005
镁合金材料超塑性的研究进展
宋佩维1 ,2 ,郭学锋2 ,张忠明2 ,徐春杰2 ,井晓天2
(1. 陕西理工学院机电工程系 ,陕西 汉中 723003 ;2. 西安理工大学材料科学与工程学院 ,陕西 西安 710048)
摘要 :综述了镁合金超塑变形的机理与特点 ,评述镁合金超塑性研究现状 ,指出了细晶超塑性 、大晶粒超塑性 、高应变速率超 塑性和低温超塑性是镁合金超塑性研究的重点和发展方向 。 关键词 :镁合金 ;超塑性 ;研究现状 ;发展方向 中图分类号 : T G146. 2 + 2 ; T G113. 25 + 3 文献标识码 :A 文章编号 :100028365 (2005) 0820664203
镁合金板材超塑性成形极限的实验研究
成 形 极 限 的 实 验 研 究
２ ９
镁 合 金 板 材 超 塑 性 成 形 极 限 的 实 验 研 究
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｓ ａ ｃ ｎ Ｓｕｐ ｒ ａ ｔｃ Ｆｏｒ ｉ ｇ Ｌｉ ｉ ｆ ｅ ｐｌ ｓ ｉ ｍ ｎ ｍ ｔｏ Ｍ ａ ｎｅ ｉ ｇ ｓ ｕｍ ｌｏ Ａ ｌ ｙ Ｓｈｅ ｔ ｅ
ｇａ （ ｒ ｍ ＦＬＤ） ｔ ５ ３ ａ ．３× １ Ｓ ａ ７ Ｋ ｎｄ ３ ０ ＿。ｗａ ｓ ａ ｉ ｈ ｄ ｆ ｒ ｔ ｅ ｆｒ ｔ ｔｍ ｅ Ｉ Ｓ ｆ ｕｎｄ ｔ ｔ，ｅｔ ｒ ｉ ｓ ｅ ｔ ｂｌｓ ｅ ｏ ｈ ｉｓ ｉ ． ｔ ｉ ｏ ｈａ ｉｈｅ ｎ
ｔ ｎ ｉ －ｏ ｒ ｓ ｉｅ ｄ ｆ ｒ ｔｏ ｒ ｉ ｉ ｘｓ ｔｎ ｉｅ ｄ ｆ ｒ ｔｏ ｅ ｓｌ ｃ ｍｐ ｅ ｓｖ ｅｏ ｍａｉｎ ｏ ｎ ｂ－ ｉ ｅ ｓｌ ｅｏ ｍａ ｉｎ， ｔ ｅ ｊ ｄ ｍｅ ｔ ｃｉｅ ｉｎ ｆ ｒ ｌｃ ｌ ｅ ａ ｈ ｕ ｇ ｎ ｒｔ ｒｏ ｏ ｏ ａ
成 形性 能 的优 劣往 往决 定着 一种 使 用性 能优 越 的
材料 能否 得到 实 际应用 。在 材料 的成 形 性能 中最 为 重 要 的是 成 形 极 限 的大 小 。材 料 的成 形 极 限 曲线 Ｆ Ｃ Ｌ
对 超塑性 板 料拉 伸 失稳 的研 究 目前还 较 少［ 。 ４ ］ 本 工作 通 过 超 塑 性 凸模 胀 形 实 验 建 立 了 ＡＺ １ ３Ｂ
宋 美 娟 ， 汪凌 云 刘饶 川 ， ， 向
毅
（ １重 庆科 技学 院 机 械 系 ， 庆 ４ ０ ５ ； 庆 大学 材 料科 学 与工程 学 院 ， 庆 ４ ０ ４ ） 重 ０ ０ ０ ２重 重 ０ ０ ４
ＳＯＮＧ ｅ— ａ ，Ｗ ＡＮＧ ｎｇ ｙ ，ＬＩ Ｒａ — ｈ ｎ Ｍ ｉｉ ｎ ｕ Ｌｉ － ｕｎ Ｕ ｏ ｃ ｕａ ，ＸＩ ＡＮＧ Ｙｉ
２ ９
镁 合 金 板 材 超 塑 性 成 形 极 限 的 实 验 研 究
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｓ ａ ｃ ｎ Ｓｕｐ ｒ ａ ｔｃ Ｆｏｒ ｉ ｇ Ｌｉ ｉ ｆ ｅ ｐｌ ｓ ｉ ｍ ｎ ｍ ｔｏ Ｍ ａ ｎｅ ｉ ｇ ｓ ｕｍ ｌｏ Ａ ｌ ｙ Ｓｈｅ ｔ ｅ
ｇａ （ ｒ ｍ ＦＬＤ） ｔ ５ ３ ａ ．３× １ Ｓ ａ ７ Ｋ ｎｄ ３ ０ ＿。ｗａ ｓ ａ ｉ ｈ ｄ ｆ ｒ ｔ ｅ ｆｒ ｔ ｔｍ ｅ Ｉ Ｓ ｆ ｕｎｄ ｔ ｔ，ｅｔ ｒ ｉ ｓ ｅ ｔ ｂｌｓ ｅ ｏ ｈ ｉｓ ｉ ． ｔ ｉ ｏ ｈａ ｉｈｅ ｎ
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成 形性 能 的优 劣往 往决 定着 一种 使 用性 能优 越 的
材料 能否 得到 实 际应用 。在 材料 的成 形 性能 中最 为 重 要 的是 成 形 极 限 的大 小 。材 料 的成 形 极 限 曲线 Ｆ Ｃ Ｌ
对 超塑性 板 料拉 伸 失稳 的研 究 目前还 较 少［ 。 ４ ］ 本 工作 通 过 超 塑 性 凸模 胀 形 实 验 建 立 了 ＡＺ １ ３Ｂ
宋 美 娟 ， 汪凌 云 刘饶 川 ， ， 向
毅
（ １重 庆科 技学 院 机 械 系 ， 庆 ４ ０ ５ ； 庆 大学 材 料科 学 与工程 学 院 ， 庆 ４ ０ ４ ） 重 ０ ０ ０ ２重 重 ０ ０ ４
ＳＯＮＧ ｅ— ａ ，Ｗ ＡＮＧ ｎｇ ｙ ，ＬＩ Ｒａ — ｈ ｎ Ｍ ｉｉ ｎ ｕ Ｌｉ － ｕｎ Ｕ ｏ ｃ ｕａ ，ＸＩ ＡＮＧ Ｙｉ
高塑性镁合金的研究现状
Ｅｌｃｒ ｎｃＥｎ ｉｅ ｒ ｇ，Ｎａ ｙ ｎ ｎ ｔｔｔ ｆＴｅ ｈ ｏｏ ｙ，Ｎａ ｙ ｎ ７ ０ ４ ３ Ｎａｉｎ ｌＥｎ ｉｅ ｒ ｇ Ｒｅ ｅ ｒｈＣｅ ｔｒｆ ｒ ｅ ｔｏ ｉ ｇｎ ｅｉ ｎ ｎ ａ ｇ Ｉｓｉｕ ｅｏ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ａ ｇ４ ３ ０ ； ｔ ａ ｇｎ ｅｉ ｓ ａｃ ｎ ｅ ｏ ｏ ｎ Ｍ ａ ｎ ｓｕ Ａｌ ｙ ， ｏ ｇ ｉｇ ４ ０ ３ ） ｇ ｅ ｉｍ ｌ ｓ Ｃｈ ｎ ｑｎ ０ ０ ０ ｏ Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒｃ Ｔｈ ｕ ｒ ｎ ｅ ｅ ｒｈ ｓｔａ ｉｎ ｏ ｉｈ ｐａ ｔ ｉ ｇ ｅ ｉｍ ｌ ｙｆｏ ｔ ｒ ｅａ ｐ ｃｓ ｈ ｔｉ，ｃ ｅ ｉ ｅｃ ｒｅ ｔｒ ｓａ ｃ ｉｕ ｔｏ ｆｈｇ ｌｓｉ ｔ ｍａ ｎ ｓｕ ａｌ ｒｍ ｈ ｅ ｓ ｅ ｔ，ｔ ａ ｓ ｈ ｍ — ｃｙ ｏ
摘要 从化 学成分 、 组织 、 工工艺 ３方面对高塑性镁 合金 的研 究现 状进行 了阐述 ； 加 总结 了高塑性镁合金 的共
性 规律 ， 出， 指 变形 态延伸率 大于 １ 且成 本适 中的镁合金品种很 少， ７ 因此研 究开发 实用 高塑性镁合金 具有 重要 的实 际意义 ， 分析 了影响镁合金 塑性 的因素， 高塑性镁合金 的研 究提供参 考。 为
铸态延伸率大于 １ 、 ０ 变形态延伸率大于 １ 的镁合金定义 为 ７ 高塑性镁合金 ， 专家们探讨 。 供
工技术的不断成熟 ， 镁合 金的产量年年保持很高 的增长势 头。
几乎所有的镁合金均 为密排六方结 构 ， 在低 于 ２ ５Ｃ时 ， ２＂ 多
２ 高塑性镁合金 的研 究现状
・
６ ・ ６
材料 导报
２０ ０ ８年 １ Ｏ月第 ２ 第 １ ２卷 ０期
高固相率MB15镁合金半固态压缩力学行为研究
图 ２ 固态低碳钢 图３ 半固态镁合金
拉伸力一 伸长曲线
压缩应力一 应变曲线
２２ 不同参数对触变强度的影响 ．
Ｔ Ｌ。半固态金属达到触变强度后， Ｔ 其固相颗粒构成的固
体骨架坍塌， 变形机制由之前的固相颗粒间滑动和固相
影响半固态金属触变强度的参数主要有试样的加 热温度、 应变速率、 保温时间、 固相晶粒度及材料本身的 强度等。图４ Ｂ５ 为Ｍ １镁合金在保温２ ， ｍｎ应变速率为 ｉ １－ｓ’ ０２ 条件下， － 半固态 Ｍ １ 镁合金在不同温度的真 Ｂ５ 实应力一 真实应变曲线。当温度较低（ 固相率较高） 时， 应力变化的３ 个阶段非常明显， 随着温度的升高（ 固相 率降低） ， 应力变化的３ 个阶段逐渐不明显， 也就是说随 着固相率的降低即液相率的升高， 试样内部所构成的固 体骨架越来越不“ 坚固”触变强度值越来越小， ， 并且与 稳态应力值的比 值越来越小， 即触变性越来越不好。其 触变强度随加热温度变化见图 ７ 即触变强度随着加热 ， 温度的升高降低明显。
度， 后保温， 随 此过程为等温热处理过程， 铸态的Ｍ １ Ｂ５
在此过程中变成半固态球状晶， 等温压缩过程后， 计算 机可直接绘出压缩过程的真应力一 应变曲线。
２ 试验结果分析
半固态下试样的变形机制主要有液相流动、 固 液一 相混合流动、 固相颗粒间滑移和固相颗粒塑性变形等 ４
１ 试验
试验所采用的设备是 Ｇ ｅｅ ５０ ｌｂ－ ０Ｄ热模拟试验 ｅ ｌ１ 机， 它的工作原理类似于平行平板式粘度计。试验材料 为自 制铸态 Ｍ １ 镁合金， Ｂ５ 成分为： （ｎ ＝ １ ｗ Ｚ） ． ５ １％
固态金属在稳态变形过程中的触变点的应力， 即半固态金属固体骨架所能承受的最大正应力， 并分析了加热温度、 应变速 率、 保温时间、 固相晶粒大小、 晶粒圆整度及材料本身的强度等因素对半固态触变强度的影响， 提出了触变强度的存在条
拉伸力一 伸长曲线
压缩应力一 应变曲线
２２ 不同参数对触变强度的影响 ．
Ｔ Ｌ。半固态金属达到触变强度后， Ｔ 其固相颗粒构成的固
体骨架坍塌， 变形机制由之前的固相颗粒间滑动和固相
影响半固态金属触变强度的参数主要有试样的加 热温度、 应变速率、 保温时间、 固相晶粒度及材料本身的 强度等。图４ Ｂ５ 为Ｍ １镁合金在保温２ ， ｍｎ应变速率为 ｉ １－ｓ’ ０２ 条件下， － 半固态 Ｍ １ 镁合金在不同温度的真 Ｂ５ 实应力一 真实应变曲线。当温度较低（ 固相率较高） 时， 应力变化的３ 个阶段非常明显， 随着温度的升高（ 固相 率降低） ， 应力变化的３ 个阶段逐渐不明显， 也就是说随 着固相率的降低即液相率的升高， 试样内部所构成的固 体骨架越来越不“ 坚固”触变强度值越来越小， ， 并且与 稳态应力值的比 值越来越小， 即触变性越来越不好。其 触变强度随加热温度变化见图 ７ 即触变强度随着加热 ， 温度的升高降低明显。
度， 后保温， 随 此过程为等温热处理过程， 铸态的Ｍ １ Ｂ５
在此过程中变成半固态球状晶， 等温压缩过程后， 计算 机可直接绘出压缩过程的真应力一 应变曲线。
２ 试验结果分析
半固态下试样的变形机制主要有液相流动、 固 液一 相混合流动、 固相颗粒间滑移和固相颗粒塑性变形等 ４
１ 试验
试验所采用的设备是 Ｇ ｅｅ ５０ ｌｂ－ ０Ｄ热模拟试验 ｅ ｌ１ 机， 它的工作原理类似于平行平板式粘度计。试验材料 为自 制铸态 Ｍ １ 镁合金， Ｂ５ 成分为： （ｎ ＝ １ ｗ Ｚ） ． ５ １％
固态金属在稳态变形过程中的触变点的应力， 即半固态金属固体骨架所能承受的最大正应力， 并分析了加热温度、 应变速 率、 保温时间、 固相晶粒大小、 晶粒圆整度及材料本身的强度等因素对半固态触变强度的影响， 提出了触变强度的存在条
镁合金板材性能及轧制过程的模拟研究的开题报告
镁合金板材性能及轧制过程的模拟研究的开题报告一、选题背景和意义随着现代工业化的发展，对轻质、高强度的材料需求日益增长。
镁合金由于其良好的机械性能、低密度和良好的加工性能等优点，在航空、汽车、电子等领域具有广泛的应用前景。
然而，镁合金板材具有易脆、耐蚀性差、低的低温韧性等缺点，限制了其在实际应用中的使用。
因此，需要对镁合金板材的性能和轧制过程进行深入研究，探索制备高性能镁合金板材的有效途径。
二、研究内容本文旨在研究镁合金板材性能及其轧制过程，并开展以下工作：1.对镁合金板材的力学性能、塑性形变行为、疲劳特性和耐蚀性等方面进行分析和实验研究，揭示不同工艺因素对镁合金板材性能的影响规律。
2.建立镁合金板材轧制过程的数值模拟模型，模拟不同轧制工艺下镁合金板材的变形和力学性能变化规律，分析轧制过程中的塑性变形行为和组织演变过程。
3.通过现有实验数据对模拟模型进行验证、调整和优化，提高模拟模型的准确性和适用性，为更加精确的材料设计和工艺控制提供基础。
三、研究方法和技术路线本文采用理论计算和实验研究相结合的方法，主要包括以下研究方法和技术路线：1.综合评估不同工艺条件下镁合金板材的力学性能、塑性变形行为、疲劳特性和耐蚀性等方面，通过SEM、TEM、XRD等手段分析其微观结构性质。
2.建立镁合金板材轧制过程的有限元模拟模型，以ABAQUS软件为主要工具，分析板材在轧制过程中的变形规律和力学性能变化情况。
3.运用多因子分析法探究影响镁合金板材性能的关键工艺因素，优选制备高性能镁合金板材的最优工艺参数。
四、预期成果和创新点1.本文预期获得镁合金板材的力学性能、塑性变形行为、疲劳特性和耐蚀性等方面的实验研究数据，并通过建立轧制过程的数值模拟模型，深入探究镁合金板材在轧制过程中的力学变化规律和微观组织演变过程。
2.通过换钢、气氛控制、轧制参数等多因素的优化，在晶粒细化、强化相增多、组织均匀性提高等方面获得重要突破，为镁合金板材制备技术的改进和镁合金应用领域的推广提供新的思路和方法。
镁合金超塑性
一般来说，晶界滑移不能被扩散和位错充分协调时，液相起辅助协调 作用。
2014/12/02
镁合金超塑性
15
大晶粒镁合金超塑性机理
早期的超塑性理论认为，超塑性是细晶材料（金属晶粒尺寸<10um，陶瓷 晶粒尺寸<1um）在恒温变形时所表现的特征。随着研究的深入，发现某些 合金虽是大晶粒，但当存在稳定的微米尺寸的亚晶粒时亦可显示一定的超 塑性。许多材料如Mg、Al合金不经过细化晶粒也能在一定程度上呈现超塑 性。
大晶粒金属在拉伸变形过程中一般具有很长的稳态流变阶段，即具有很长 的应变硬化与应变软化保持动态平衡的阶段。塑性变形是通过位错的滑移 和攀移进行的，而亚晶界的迁移、滑动和转动起到协调变形的作用，造成 了材料在宏观上的超塑性。
变形后晶粒显著细化是大晶粒金属超塑性变的普遍特征。
2014/12/02
镁合金超塑性
镁合金超塑性
报告人：
镁合金超塑性
镁及镁合金的概述
镁Mg 密度1.74g/cm3，（纯铝：2.702 g / cm3） 熔点648.8℃。 沸点1107℃。 化合价+2， 电离能7.646eV 晶体结构 密排六方
镁合金
铸造镁合金 变形镁合金
变形镁合金：一般是指可用挤压、轧制、锻造等塑性成形方法加工成形的镁合金。
在变形终了阶段，即出口直壁段，模 具壁的摩擦作用使材料表面受到剪切 力，但在该阶段晶粒已经不再发生变 形。
镁合金超塑性
21
对 ECAE一般而言，挤压温度越低，速度越快，则晶粒越细小， 这是因为在较低温度快速挤压时，再结晶晶粒难以长大。但温 度过低或速度过快时，镁合金的塑性得不到充分发挥，挤压过 程中试样容易出现裂纹，且在应变较小或有第二相存在的局部 区域，动态再结晶难以进行，从而细晶组织中往往会夹杂少量 粗大等轴晶粒组织。提高挤压温度能够提高组织均匀性，但容 易导致晶粒粗化。因此，应采取低温多道次的挤压工艺，以获 得细小而均匀的组织。
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镁合金超塑性
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大晶粒镁合金超塑性机理
早期的超塑性理论认为，超塑性是细晶材料（金属晶粒尺寸<10um，陶瓷 晶粒尺寸<1um）在恒温变形时所表现的特征。随着研究的深入，发现某些 合金虽是大晶粒，但当存在稳定的微米尺寸的亚晶粒时亦可显示一定的超 塑性。许多材料如Mg、Al合金不经过细化晶粒也能在一定程度上呈现超塑 性。
大晶粒金属在拉伸变形过程中一般具有很长的稳态流变阶段，即具有很长 的应变硬化与应变软化保持动态平衡的阶段。塑性变形是通过位错的滑移 和攀移进行的，而亚晶界的迁移、滑动和转动起到协调变形的作用，造成 了材料在宏观上的超塑性。
变形后晶粒显著细化是大晶粒金属超塑性变的普遍特征。
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镁合金超塑性
镁合金超塑性
报告人：
镁合金超塑性
镁及镁合金的概述
镁Mg 密度1.74g/cm3，（纯铝：2.702 g / cm3） 熔点648.8℃。 沸点1107℃。 化合价+2， 电离能7.646eV 晶体结构 密排六方
镁合金
铸造镁合金 变形镁合金
变形镁合金：一般是指可用挤压、轧制、锻造等塑性成形方法加工成形的镁合金。
在变形终了阶段，即出口直壁段，模 具壁的摩擦作用使材料表面受到剪切 力，但在该阶段晶粒已经不再发生变 形。
镁合金超塑性
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对 ECAE一般而言，挤压温度越低，速度越快，则晶粒越细小， 这是因为在较低温度快速挤压时，再结晶晶粒难以长大。但温 度过低或速度过快时，镁合金的塑性得不到充分发挥，挤压过 程中试样容易出现裂纹，且在应变较小或有第二相存在的局部 区域，动态再结晶难以进行，从而细晶组织中往往会夹杂少量 粗大等轴晶粒组织。提高挤压温度能够提高组织均匀性，但容 易导致晶粒粗化。因此，应采取低温多道次的挤压工艺，以获 得细小而均匀的组织。
镁合金板材超塑性成形极限的实验研究
镁合金板材超塑性成形极限的实验研究Research on Superplastic Form ing Limit ofM agnesium A lloy Sheet宋美娟1,汪凌云2,刘饶川1,向 毅1 (1重庆科技学院机械系,重庆400050;2重庆大学材料科学与工程学院,重庆400044)SONG M ei juan1,WANG Ling yun2,LIU Rao chuan1,XIANG Yi1(1Department of Mechanical Engineering,Cho ng qingU niversity of Science and Technolog y,Cho ng qing400050,China;2College o f Materials Science and Eng ineer ing,Chongqing Univ er sity,Chong qing400044,China)摘要:通过超塑性刚性凸模胀形实验研究了A Z31B镁合金板材的超塑性成形极限。
在变形温度为573K,初始变形速率为3.3 10-4s-1的条件下,建立了A Z31B镁合金板料成形极限实验曲线(FL C),并且得到无论在拉压变形方式或是在双向受拉变形方式下超塑性变形时,A Z31B镁合金板料发生集中性失稳的条件均是d 2=0。
关键词:A Z31B镁合金;超塑性;成形极限;失稳中图分类号:T G135.3 文献标识码:A 文章编号:1001 4381(2007)07 0029 04Abstract:T he superplastic bulging test of AZ31B magnesium alloy sheet of0.6mm thick w as carried out on Alliance RT/50tensile machine at573K and3.3 10-4s-1.the superplastic fo rming lim it dia g ram(FLD)at573K and3.3 10-4s-1w as established for the first time.It is found that,either in tensile compressiv e defor matio n or in bi axis tensile defor matio n,the judg ment criter io n for local necking o f superplastic defo rmatio n is d 2=0.Key words:A Z31B m ag nesium alloy;super plasticity;FLD;plastic instability成形性能的优劣往往决定着一种使用性能优越的材料能否得到实际应用。
挤压态MB15镁合金的显微组织与力学性能研究
ｏ ｆ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ １ ｓ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ，Ｈａ ｒ ｂ ｉ ｎ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ，Ｈａ ｒ ｂ ｉ ｎ １ ５ ０ ０ ０ １，Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
关键词 ： ＭＢ １ ５ 镁合金 ； 挤压变形 ； 动态再结晶 ； 位错 ； 孪 晶； 拉伸性能
中图分类号 ： Ｔ Ｂ ３ １ 文献 标 志 码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ １ — ４ ６ ７ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ — ０ ０ ６ ８ — ０ ４
Ａ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｆ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｐｒ ｏ ｐｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ
ｅ ｘ ｔ ｒ ｕ ｄ ｅ ｄ Ｍ Ｂ １ ５ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｓ ｉ ｕ ｍ ａ ｌ ｌ ｏ ｙ
Ｗ ＡＮＧ Ｃ ｈ ｕ ｎ — ｙ ａ ｎ ｌ ，ＷＵ Ｋｕ ｎ ， Ｗ ＡＮＧ Ｊ ｉ ａ － ｊ ｉ ｅ ， ＭＯ Ｓ ｈ ｕ — ｈ ｕ ａ ，ＹＩ Ｎ Ｚ ｈ ｉ － ｊ ｕ ａ ｎ
（ １ ．Ｃ ｏ ｉ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ １ ｓ ａ ｎ ｄ Ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｓ ｔ ｒ ｙ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｈｅ ｉ １ 。 ｎ ｇ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｎ ｔ ｅ。 ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ Ｙ ，Ｈａ ｒ ｂ ｉ ｎ １ ５ ０ ０ ５ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；２ ・Ｓ ｃ ｈ ∞ｌ
晶； 透射 电镜组织研究表 明机械孪晶 、 位错滑移 和动 态再结 晶是材料变形 的典 型特 征 ； 扫 描 电镜组 织研究表 明挤压 后 的材料塑性 明显增强 。挤压变形后 的 ＭＢ １ ５ 镁合金沿挤压方向的抗拉强度提高 ３ ９ ． ５ ， 屈服强度提高 ８ ９ ・ ４ ， 延
关键词 ： ＭＢ １ ５ 镁合金 ； 挤压变形 ； 动态再结晶 ； 位错 ； 孪 晶； 拉伸性能
中图分类号 ： Ｔ Ｂ ３ １ 文献 标 志 码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ １ — ４ ６ ７ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ — ０ ０ ６ ８ — ０ ４
Ａ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｆ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｐｒ ｏ ｐｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ
ｅ ｘ ｔ ｒ ｕ ｄ ｅ ｄ Ｍ Ｂ １ ５ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｓ ｉ ｕ ｍ ａ ｌ ｌ ｏ ｙ
Ｗ ＡＮＧ Ｃ ｈ ｕ ｎ — ｙ ａ ｎ ｌ ，ＷＵ Ｋｕ ｎ ， Ｗ ＡＮＧ Ｊ ｉ ａ － ｊ ｉ ｅ ， ＭＯ Ｓ ｈ ｕ — ｈ ｕ ａ ，ＹＩ Ｎ Ｚ ｈ ｉ － ｊ ｕ ａ ｎ
（ １ ．Ｃ ｏ ｉ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ １ ｓ ａ ｎ ｄ Ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｓ ｔ ｒ ｙ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｈｅ ｉ １ 。 ｎ ｇ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｎ ｔ ｅ。 ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ Ｙ ，Ｈａ ｒ ｂ ｉ ｎ １ ５ ０ ０ ５ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；２ ・Ｓ ｃ ｈ ∞ｌ
晶； 透射 电镜组织研究表 明机械孪晶 、 位错滑移 和动 态再结 晶是材料变形 的典 型特 征 ； 扫 描 电镜组 织研究表 明挤压 后 的材料塑性 明显增强 。挤压变形后 的 ＭＢ １ ５ 镁合金沿挤压方向的抗拉强度提高 ３ ９ ． ５ ， 屈服强度提高 ８ ９ ・ ４ ， 延
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图 5 是拉伸试件的对比相片 , 从上至下的应变速 率分别为 5156 ×10 - 2 s - 1 、5156 ×10 - 3 s - 1 和 5156 × 10 - 4 s - 1 。可以看出试样在变形过程中均匀流变 ,没
图 5 340 ℃不同应变速率下拉伸试件相片
有明显的颈缩产生 , 呈现出典型的超塑性变形特征 , 整个过程是一个颈缩位置不断转移和交替的过程 。
图 4 是 340 ℃下应变速率 ε·分别为 5156 ×10 - 2 s - 1 、5156 ×10 - 3s - 1和 5156 ×10 - 4s - 1时的真实应力 - 应变曲线 。从不同应变速率条件下的曲线中可以 看出 , 当 ε· = 5156 ×10 - 3 s - 1和 5156 ×10 - 2 s - 1真应 变达到 0105 时 , 流动应力随着应变的增加而增加 , 此后流动应力随着应变的增加而明显减小 , 这种现 象表明了初始的应变硬化仅限制在一个特定的应变 范围进行 , 接着直至断裂前的过程中则发生了应变 软化 。而当应变速率ε· = 5156 ×10 - 4 s - 1时材料经历 了相当长的准稳态流变阶段 , 此时的应变硬化和软 化作用之间达到了平衡 。应变硬化现象是由于超塑 性变形过程中材料晶粒长大引起的 , 随后高温下的 动态再结晶作用使得应变软化发生 。当应变速率不
关键词 超塑性 镁合金 应变速率
Research on superplasticity of MB15 magnesium alloy sheet
Harbin Institute of Technology Ding Shui Yu Yandong Zhang Kaifeng
Abstract The research was carried out on t he superplasticity of rolled magnesium alloy ( MB15) in t his paper1 At
图 6 是 340 ℃不同应变速率下拉伸至断裂时晶 粒尺寸的相片 , ε·分别取 5156 ×10 - 4 s - 1 、5156 × 10 - 3s - 1 、5156 ×10 - 2 s - 1 , 平 均 晶 粒 尺 寸 依 次 为 1316μm 、915μm 和 613μm 。合金在最佳超塑性变形 条件下晶粒始终保持着近似等轴情况 , 同时晶粒尺 寸发生了变化 。按照现有的文献研究[4 ] : 影响晶粒 尺寸的主要因素有两种 , 一是变形温度 , 二是应变 量 , 两者均会使晶粒发生粗化 。对于镁合金而言 , 这两个因素 (特别是温度) 会影响 MgZn 在固溶体 中的溶解度 , 进而影响晶粒粗化的控制作用 。由图 6 可知 , 应变速率对其也有一定的影响 , 速率越低 , 晶粒越容易粗化 ; 速率越高 , 晶粒反而会细化 。这 可能是因为应变速率较高时相应的流动应力较高 , 动态再结晶容易发生的缘故 。
图 6 340 ℃不同应变速率下拉伸件的显微组织 (a) ε·= 5156 ×10 - 4s - 1 , (b) ε·= 5156 ×10 - 3s - 1 ,
(c) ε·= 5156 ×10 - 2s - 1
三 பைடு நூலகம்结论
(1) 对于晶粒度为 519μm 的轧制态 MB15 镁合 金 , 在 280 ～ 400 ℃较宽的温度范围和 ε· = 5156 × 10 - 4s - 1～5156 ×10 - 2 s - 1 的初始应变速率范围内均 能呈现超塑性 。在最佳变形条件 340 ℃, 应变速率ε· = 5156 ×10 - 4 s - 1 时 , 应变 速 率 敏 感 指 数 m 值 为 0151 , 延伸率δ为 415 % , 流动应力σ仅为 11M Pa 。 观察试件无明显颈缩 , 在变形过程中保持了均匀变 形。
(2) 在 340 ℃时的真实应力 —应变曲线中 , 可 以明显地观察到应变硬化和应变软化现象 , 其中以 应变速率ε· = 5156 ×10 - 4s - 1时最为明显 。
46
(3) 试件在 340 ℃不同应变速率下超塑拉伸时 , 晶粒尺寸发生变化 。随应变速率的提高 , 晶粒会发 生细化 。
参考文献
二 、MB15 镁合金的超塑性能试验
11 材料及试样 试验所用材料为商业镁合金 MB15 铸造坯料 ,
3 女 , 24 岁 , 硕士研究生 收稿日期 : 2002206220
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属于 Mg - Zn - Zr 系列 , 其室温组织为α- Mg 单相 固溶体 、少量的 MgZn 质点和α- Zr 质点所组成 , 化学成分及机械性能见表 1 、表 2 。在 623 K 温度 下 , 挤压成厚 20mm 的板材后 , 加热至 603 K , 保温 1h , 以每道次 5 %～10 %的压下量进行轧制 , 道次 中间保温 20min , 得到最终厚度为 1mm 的板材 , 使 晶粒得到充分细化 。光学显微镜的观察结果表明 (如 图 1 ) , 晶 粒 基 本 上 是 等 轴 的 , 平 均 尺 寸 为 519μm , 存在数量多而又短的晶粒边界 , 可以实现 超塑变形时晶粒间的滑移与转动 , 具有超塑性所要 求组织条件 。
现超塑性流变[3 ] 。根据镁合金系呈现超塑性的一般
温度速度范围以及试验使用设备的限制 , 选取本次 试验温度变化范围为 200 ℃～420 ℃, 应变速率 ε· = 5156 ×10 - 4 s - 1 ～5156 ×10 - 2 s - 1 。为探求 MB15 合 金的最佳超塑性范围 , 首先取温度间隔 20 ℃, 以恒 定的应变速率 ε· = 5156 ×10 - 4 s - 1进行变温拉伸 , 测 定出每一温度下拉伸时的流动应力 σmax 和延伸率 δmax ; 确定出超塑性最佳温度范围后进行变应变速
2 T Mohri , M Mabuchi , M Nakamura etc1 Microstructural evolution and superplasticity of rolled Mg - 9Al - 1Zn1 Materials Science and Engineering1 2000 , 290 (1 - 2) : 139～144
21 试验设备 超塑性拉伸试验在日产岛津 DSS210 T2S 型电子
© 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
图 2 340 ℃流动应力 σ与应变速率敏感指数 m 随应变速率ε·的变化曲线
Keywords Superplasticity Magnesium alloy Strain rate
一 、引言
工业应用的众多结构材料中 , 镁合金因其密度 低 , 比强度 、比刚度和比弹性模量高 , 耐冲击以及 切削加 工 性 能 好 等 特 点 成 为 了 重 要 的 商 用 轻 质 材 料[1 ] 。特别是市场对降低能源消耗和减少污染提出 了更迫切的要求后 , 镁合金的可循环使用性能逐渐 吸引了人们的注意力 。现如今镁合金广泛应用于航 空 、航海等工业部门 。但由于它的密排六方结构使 得成形性能较差[2 ] , 对塑性成形方法要求苛刻 , 因 此研究镁合金的超塑性成形条件 , 无疑对该合金的 扩大应用和提高其技术经济效益都是有利的 。本文 主要研究了 MB15 镁合金的超塑性 , 并分析了相关 参数随工艺条件的变化规律 。
340 ℃and strain rate of 5156 ×10 - 4s - 1 , t he alloy exhibits high elongation of 415 % , low flow stress of 11 MPa and t he sensitivity coefficient of strain rate of 01511 Moreover , t he effect of strain rate on t he superplasticity and t he grain size under t he superplastic temperature was carefully analyzed1
图 3 则显示了 340 ℃时延伸率的变化情况 。随
图 3 340 ℃延伸率δ随应变速率ε·的变化曲线
图 4 340 ℃真实应力 —应变曲线
着应变速率的升高 , 延伸率 δ明显下降 , 当应变速 率ε· = 5156 ×10 - 4s - 1时延伸率达到了最大值 415 %。 由此可见 , m 值较大处获得的延伸率也较大 , 两者 的变化趋势是一一对应的 。
1 H Watanabe , T Mukai , M Kohzu , S Tanabe etc1 Effect of Tempera2 ture and Grain Size on The Dominant Diffusion Process for Superplas2 tic Flow in An AZ61 Magnesium Alloy1 Acta mater1 1999 , 47 (14) : 3753～3758
由图 2 所知 : 在温度为 340 ℃时 , 流动应力 σ 随着应变速率的增加而单调递增 , 当应变速率 ε· = 5156 ×10 - 4 s - 1 时材料具有最低的应力值 11M Pa ; 与此同时应变速率敏感指数 m 则随着应变速率的增 加而减小 , 同样当应变速率为 ε· = 5156 ×10 - 4 s - 1时 得到了材料的最大敏感指数 0151 。从图中很容易看 出 , MB15 的最低流动应力是和最大应变速率敏感 指数相对应的 。
图 1 MB15 镁合金原始组织照片
拉力机上进行 , 压头速度在 015～50 mm/ min 范围 内连续可调 , 加热炉由电阻丝供热 , 3 组热电偶实 行上 、中 、下三段测温并自动控温 , 温差 ≤±2 ℃, 炉内等温区长达 200 mm 。
31 试验结果与分析 轧制态 MB15 合金可直接进行超塑变形 , 通过 变形初期的动态再结晶获得微细等轴晶粒组织而实
图 5 340 ℃不同应变速率下拉伸试件相片
有明显的颈缩产生 , 呈现出典型的超塑性变形特征 , 整个过程是一个颈缩位置不断转移和交替的过程 。
图 4 是 340 ℃下应变速率 ε·分别为 5156 ×10 - 2 s - 1 、5156 ×10 - 3s - 1和 5156 ×10 - 4s - 1时的真实应力 - 应变曲线 。从不同应变速率条件下的曲线中可以 看出 , 当 ε· = 5156 ×10 - 3 s - 1和 5156 ×10 - 2 s - 1真应 变达到 0105 时 , 流动应力随着应变的增加而增加 , 此后流动应力随着应变的增加而明显减小 , 这种现 象表明了初始的应变硬化仅限制在一个特定的应变 范围进行 , 接着直至断裂前的过程中则发生了应变 软化 。而当应变速率ε· = 5156 ×10 - 4 s - 1时材料经历 了相当长的准稳态流变阶段 , 此时的应变硬化和软 化作用之间达到了平衡 。应变硬化现象是由于超塑 性变形过程中材料晶粒长大引起的 , 随后高温下的 动态再结晶作用使得应变软化发生 。当应变速率不
关键词 超塑性 镁合金 应变速率
Research on superplasticity of MB15 magnesium alloy sheet
Harbin Institute of Technology Ding Shui Yu Yandong Zhang Kaifeng
Abstract The research was carried out on t he superplasticity of rolled magnesium alloy ( MB15) in t his paper1 At
图 6 是 340 ℃不同应变速率下拉伸至断裂时晶 粒尺寸的相片 , ε·分别取 5156 ×10 - 4 s - 1 、5156 × 10 - 3s - 1 、5156 ×10 - 2 s - 1 , 平 均 晶 粒 尺 寸 依 次 为 1316μm 、915μm 和 613μm 。合金在最佳超塑性变形 条件下晶粒始终保持着近似等轴情况 , 同时晶粒尺 寸发生了变化 。按照现有的文献研究[4 ] : 影响晶粒 尺寸的主要因素有两种 , 一是变形温度 , 二是应变 量 , 两者均会使晶粒发生粗化 。对于镁合金而言 , 这两个因素 (特别是温度) 会影响 MgZn 在固溶体 中的溶解度 , 进而影响晶粒粗化的控制作用 。由图 6 可知 , 应变速率对其也有一定的影响 , 速率越低 , 晶粒越容易粗化 ; 速率越高 , 晶粒反而会细化 。这 可能是因为应变速率较高时相应的流动应力较高 , 动态再结晶容易发生的缘故 。
图 6 340 ℃不同应变速率下拉伸件的显微组织 (a) ε·= 5156 ×10 - 4s - 1 , (b) ε·= 5156 ×10 - 3s - 1 ,
(c) ε·= 5156 ×10 - 2s - 1
三 பைடு நூலகம்结论
(1) 对于晶粒度为 519μm 的轧制态 MB15 镁合 金 , 在 280 ～ 400 ℃较宽的温度范围和 ε· = 5156 × 10 - 4s - 1～5156 ×10 - 2 s - 1 的初始应变速率范围内均 能呈现超塑性 。在最佳变形条件 340 ℃, 应变速率ε· = 5156 ×10 - 4 s - 1 时 , 应变 速 率 敏 感 指 数 m 值 为 0151 , 延伸率δ为 415 % , 流动应力σ仅为 11M Pa 。 观察试件无明显颈缩 , 在变形过程中保持了均匀变 形。
(2) 在 340 ℃时的真实应力 —应变曲线中 , 可 以明显地观察到应变硬化和应变软化现象 , 其中以 应变速率ε· = 5156 ×10 - 4s - 1时最为明显 。
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(3) 试件在 340 ℃不同应变速率下超塑拉伸时 , 晶粒尺寸发生变化 。随应变速率的提高 , 晶粒会发 生细化 。
参考文献
二 、MB15 镁合金的超塑性能试验
11 材料及试样 试验所用材料为商业镁合金 MB15 铸造坯料 ,
3 女 , 24 岁 , 硕士研究生 收稿日期 : 2002206220
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属于 Mg - Zn - Zr 系列 , 其室温组织为α- Mg 单相 固溶体 、少量的 MgZn 质点和α- Zr 质点所组成 , 化学成分及机械性能见表 1 、表 2 。在 623 K 温度 下 , 挤压成厚 20mm 的板材后 , 加热至 603 K , 保温 1h , 以每道次 5 %～10 %的压下量进行轧制 , 道次 中间保温 20min , 得到最终厚度为 1mm 的板材 , 使 晶粒得到充分细化 。光学显微镜的观察结果表明 (如 图 1 ) , 晶 粒 基 本 上 是 等 轴 的 , 平 均 尺 寸 为 519μm , 存在数量多而又短的晶粒边界 , 可以实现 超塑变形时晶粒间的滑移与转动 , 具有超塑性所要 求组织条件 。
现超塑性流变[3 ] 。根据镁合金系呈现超塑性的一般
温度速度范围以及试验使用设备的限制 , 选取本次 试验温度变化范围为 200 ℃～420 ℃, 应变速率 ε· = 5156 ×10 - 4 s - 1 ～5156 ×10 - 2 s - 1 。为探求 MB15 合 金的最佳超塑性范围 , 首先取温度间隔 20 ℃, 以恒 定的应变速率 ε· = 5156 ×10 - 4 s - 1进行变温拉伸 , 测 定出每一温度下拉伸时的流动应力 σmax 和延伸率 δmax ; 确定出超塑性最佳温度范围后进行变应变速
2 T Mohri , M Mabuchi , M Nakamura etc1 Microstructural evolution and superplasticity of rolled Mg - 9Al - 1Zn1 Materials Science and Engineering1 2000 , 290 (1 - 2) : 139～144
21 试验设备 超塑性拉伸试验在日产岛津 DSS210 T2S 型电子
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图 2 340 ℃流动应力 σ与应变速率敏感指数 m 随应变速率ε·的变化曲线
Keywords Superplasticity Magnesium alloy Strain rate
一 、引言
工业应用的众多结构材料中 , 镁合金因其密度 低 , 比强度 、比刚度和比弹性模量高 , 耐冲击以及 切削加 工 性 能 好 等 特 点 成 为 了 重 要 的 商 用 轻 质 材 料[1 ] 。特别是市场对降低能源消耗和减少污染提出 了更迫切的要求后 , 镁合金的可循环使用性能逐渐 吸引了人们的注意力 。现如今镁合金广泛应用于航 空 、航海等工业部门 。但由于它的密排六方结构使 得成形性能较差[2 ] , 对塑性成形方法要求苛刻 , 因 此研究镁合金的超塑性成形条件 , 无疑对该合金的 扩大应用和提高其技术经济效益都是有利的 。本文 主要研究了 MB15 镁合金的超塑性 , 并分析了相关 参数随工艺条件的变化规律 。
340 ℃and strain rate of 5156 ×10 - 4s - 1 , t he alloy exhibits high elongation of 415 % , low flow stress of 11 MPa and t he sensitivity coefficient of strain rate of 01511 Moreover , t he effect of strain rate on t he superplasticity and t he grain size under t he superplastic temperature was carefully analyzed1
图 3 则显示了 340 ℃时延伸率的变化情况 。随
图 3 340 ℃延伸率δ随应变速率ε·的变化曲线
图 4 340 ℃真实应力 —应变曲线
着应变速率的升高 , 延伸率 δ明显下降 , 当应变速 率ε· = 5156 ×10 - 4s - 1时延伸率达到了最大值 415 %。 由此可见 , m 值较大处获得的延伸率也较大 , 两者 的变化趋势是一一对应的 。
1 H Watanabe , T Mukai , M Kohzu , S Tanabe etc1 Effect of Tempera2 ture and Grain Size on The Dominant Diffusion Process for Superplas2 tic Flow in An AZ61 Magnesium Alloy1 Acta mater1 1999 , 47 (14) : 3753～3758
由图 2 所知 : 在温度为 340 ℃时 , 流动应力 σ 随着应变速率的增加而单调递增 , 当应变速率 ε· = 5156 ×10 - 4 s - 1 时材料具有最低的应力值 11M Pa ; 与此同时应变速率敏感指数 m 则随着应变速率的增 加而减小 , 同样当应变速率为 ε· = 5156 ×10 - 4 s - 1时 得到了材料的最大敏感指数 0151 。从图中很容易看 出 , MB15 的最低流动应力是和最大应变速率敏感 指数相对应的 。
图 1 MB15 镁合金原始组织照片
拉力机上进行 , 压头速度在 015～50 mm/ min 范围 内连续可调 , 加热炉由电阻丝供热 , 3 组热电偶实 行上 、中 、下三段测温并自动控温 , 温差 ≤±2 ℃, 炉内等温区长达 200 mm 。
31 试验结果与分析 轧制态 MB15 合金可直接进行超塑变形 , 通过 变形初期的动态再结晶获得微细等轴晶粒组织而实