AZ91D-Y半固態(tài)坯不同制備方法及對觸變模鍛影響研究.pdf

1、基于國家節(jié)能減排的政策引導(dǎo)和金屬礦產(chǎn)資源供給日益惡化的形勢，鎂合金以其密度輕和資源豐富越來越受到重視。加速鎂合金成形技術(shù)的研究是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要措施之一。目前鎂合金的成形技術(shù)，以壓鑄為主，兼有液態(tài)模鍛和鍛造成形，但這三種工藝本身，均有其不足。例如，采用鍛造成形盡管能滿足零件較高力學(xué)性能的要求，但很難滿足其形狀復(fù)雜的需求。半固態(tài)觸變模鍛技術(shù)是一種近凈成形復(fù)雜形狀零件的技術(shù)。半固態(tài)坯料組織最顯著的特征是固相顆粒呈球狀，成形后零件的復(fù)雜程

2、度遠(yuǎn)高于鍛件，其力學(xué)性能高于壓鑄件和液態(tài)模鍛件。本文期望通過采用AZ91D-Y鎂合金半固態(tài)觸變模鍛成形筒形件，分別對鑄造法、近液相線模鍛法和等通道角擠壓法(Equal channel angular extrusion，ECAE)制備坯料在二次加熱過程中的組織演變、球晶組織的生成及特征對觸變模鍛成形和成形件力學(xué)性能的影響展開深入的研究，探討不同半固態(tài)制坯方法的適用范圍和應(yīng)用的可能性。
　　本文采用鑄造法、近液相線模鍛法和ECAE法

3、制備了AZ91D-Y半固態(tài)坯。借助金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡、X射線衍射儀和萬能拉伸試驗(yàn)機(jī)分別研究了不同方法制備坯料的微觀組織和力學(xué)性能。研究表明，添加稀土Y細(xì)化了α(Mg)和β(Mg17Al12)，產(chǎn)生了桿狀的Al2Y新相；在鑄造制坯中，可獲得粗大的等軸晶，柱狀晶不明顯；在近液相線模鍛制坯中，可獲得細(xì)小的枝晶組織，且隨著模鍛壓力的增加，坯料的力學(xué)性能上升；在ECAE變形中，隨著溫度的升高，有利于獲得等軸狀晶粒，但不利于獲得較高的屈服強(qiáng)

4、度和抗拉強(qiáng)度，增加ECAE變形道次，有利于獲得細(xì)小的等軸狀再結(jié)晶組織。
　　分別將鑄態(tài)、近液相線模鍛態(tài)和ECAE態(tài)的坯料加熱到半固態(tài)溫度區(qū)間。采用金相顯微鏡研究了鑄造法、近液相線模鍛法和ECAE法制備半固態(tài)坯料在二次加熱過程中的組織演變及特征。研究結(jié)果表明，鑄造法坯料在二次加熱過程中組織的演變規(guī)律是由發(fā)達(dá)的樹枝晶演變?yōu)榇髩K狀組織，大塊狀組織逐漸分離成碎塊狀組織，隨后固相顆粒球化并主要通過合并的方式長大；近液相線模鍛法坯料組織的演變

5、規(guī)律是由細(xì)小的樹枝晶演變?yōu)閴K狀組織，塊狀組織分離成碎塊狀組織，隨后固相顆粒球化并主要通過Ostwald熟化機(jī)制長大；ECAE法坯料組織的演變規(guī)律是擠壓態(tài)組織發(fā)生再結(jié)晶，形成再結(jié)晶塊狀組織，塊狀組織分離后，發(fā)生球化并主要通過Ostwald熟化機(jī)制長大。近液相線模鍛法和ECAE法坯料的平均固相顆粒尺寸小于鑄造法；三種制坯方法中，ECAE法制備坯料的組織演變進(jìn)程最快，固相顆粒球化效果最好。
　　采用熱模擬試驗(yàn)研究了鑄造法、近液相線模鍛法

6、和ECAE法制備坯料的觸變流動(dòng)行為。研究結(jié)果表明，ECAE法制備坯料在較小的應(yīng)力作用下，便可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)充填，觸變流動(dòng)性能最好；近液相線模鍛法坯料次之，鑄造法坯料較差。借助萬能拉伸試驗(yàn)機(jī)研究了觸變模鍛工藝參數(shù)和坯料制備方法對模鍛制件力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明，在半固態(tài)溫度為560℃，模鍛壓力為200MPa的條件下，鑄造法制備坯料在球化30min后觸變模鍛獲得的力學(xué)性能最好，其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和斷后伸長率分別是131MPa、280MPa和

7、9.2％；近液相線模鍛法制備的坯料在球化20min后觸變模鍛獲得的力學(xué)性能最好，其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和斷后伸長率分別是161MPa、302MPa和9.7％；ECAE法(一道次ECAE變形)制備的坯料在球化15min后觸變模鍛獲得的力學(xué)性能最好，其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和斷后伸長率分別是164MPa、307MPa和11.8％，四道次變形坯料觸變模鍛后的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和斷后伸長率分別為220MPa、333MPa和16.1%，大大高于一道次變