畢業(yè)設計--az80鎂合金擠壓工藝研究

1、<p>　　AZ80鎂合金擠壓工藝研究</p><p>　　學 院 名 稱 ： 材料工程學院 </p><p>　　專 業(yè)： 材料成型及控制工程 </p><p>　　班 級： 10模具1ZW </p><p>　　二〇一四 年 六 月</p>&

2、lt;p>　　AZ80鎂合金擠壓工藝研究</p><p>　　摘 要：本論文進行了一系列的應用研究工作，主要包括：AZ80鎂合金材料和加工工藝的選擇，AZ80鎂合金材料的組織和性能的分析研究。研究所方法是先將鎂合金鑄錠通過加熱到410℃保溫12h的均勻化退火的方式處理一下，然后通過熱擠壓的方式加工成棒料，最后再進行適當?shù)墓倘芨鷷r效熱處理，再在進行了系統(tǒng)的力學性能測試和金相組織分析的基礎上，選擇出最佳的擠壓

3、工藝相關參數(shù)。經(jīng)過系統(tǒng)的研究，獲得AZ80鎂合金材料最佳熱處理工藝為：380℃固溶2小時+170℃時效18h。</p><p>　　關鍵詞：固溶時效；熱處理；組織；強度</p><p>　　AZ80 magnesium alloy extrusion technology was studied </p><p>　　Abstract：This paper cond

4、ucted a series of application research, mainly including: the choice of AZ80 magnesium alloy materials and processing technology, the analysis and research of the organization and performance of AZ80 magnesium alloy mate

5、rials. Research method is to magnesium alloy ingot by heated to 410 ℃ heat preservation of 12 h of homogenizing annealing treatment, then through the way of hot extrusion processing into a bar, and then make the appropri

6、ate solid solution and aging treatme</p><p>　　Keywords：Solid solution aging; Heat treatment; Organizations; The intensity of</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 文獻綜述………………

7、………………………………………1</p><p>　　1.1擠壓成形工藝研究……………………………………………………1</p><p>　　1.1.1擠壓成形的定義………………………………………………………..1</p><p>　　1.1.2擠壓成形的原理………………………………………………………..1</p><p>　　1.1.3金屬擠

8、壓成形的特點……………………………………………………2</p><p>　　1.1.4金屬擠壓成形技術發(fā)展的現(xiàn)狀……………………………………………..2</p><p>　　1.1.5金屬擠壓技術的發(fā)展前景………………………………………………...3</p><p>　　1.2鎂和鎂合金的介紹…………………………………………………3</p><p

9、>　　1.2.1鎂的介紹…………………………………………………………….3</p><p>　　1.2.2鎂合金的介紹…………………………………………………………3</p><p>　　1.2.3鎂合金的分類…………………………………………………………3</p><p>　　1.2.4鎂合金的特點…………………………………………………………4</p>

10、;<p>　　1.2.5鎂合金的發(fā)展方向……………………………………………………...5</p><p>　　第2章 實驗方案………………………………………………………7</p><p>　　2.1實驗材料……………………………………………………………7</p><p>　　2.2正擠壓實驗…………………………………………………………7</p&g

11、t;<p>　　2.3熱處理實驗…………………………………………………………8</p><p>　　2.3.1實驗目的……………………………………………………………..8</p><p>　　2.3.2實驗設備……………………………………………………………..9</p><p>　　2.3.3熱處理的類型及工藝參數(shù)……………………………………………….

12、..9</p><p>　　2.4金相實驗……………………………………………………………10</p><p>　　2.4.1實驗目的……………………………………………………………10</p><p>　　2.4.2腐蝕劑的配制………………………………………………………...10</p><p>　　2.4.3金相試樣的制備…………………………

13、……………………………10</p><p>　　2.4.4顯微硬度測量………………………………………………………...11</p><p>　　2.5力學性能實驗………………………………………………………...12</p><p>　　2.5.1拉伸試樣的制取………………………………………………………13</p><p>　　2.5.2實驗設

14、備……………………………………………………………15</p><p>　　第3章 AZ80鎂合金組織與性能研究………………………………….16</p><p>　　3.1原始材料組織及均勻化組織……………………………………………16</p><p>　　3.2擠壓的工藝…………………………………………………………..19</p><p>　　

15、3.2.1擠壓工藝的參數(shù)………………………………………………………19</p><p>　　3.2.2擠壓溫度對材料性能的影響……………………………………………...19</p><p>　　3.2.3擠壓比對材料性能的影響………………………………………………..20</p><p>　　3．3擠壓后的熱處理………………………………………………………22</p

16、><p>　　第4章 結論…………………………………………………………...28</p><p>　　參考文獻……………………………………………………………...29</p><p>　　致 謝……………………………………………………………...30</p><p><b>　　第1章 文獻綜述</b></p&g

17、t;<p>　　1.1擠壓成形工藝研究</p><p>　　1.1.1擠壓成形的定義</p><p>　　將金屬毛坯放入模具模腔內，在強大的壓力和一定的速度的作用下，迫使金屬從模腔中擠出，從而確保擠壓件具有一定的力學性能。</p><p>　　1.1.2擠壓成形的原理</p><p>　　擠壓成形就是將所需要擠壓的坯料加熱到所需

18、溫度，然后將坯料加入擠壓筒內，在擠壓機的作用下使其通過擠壓筒，通過形狀、直徑的改變使其性能組織發(fā)生改變，以獲得所需要的結果，如圖1-1所示。</p><p>　　1-上模板；2-壓板；3-凸模；4-擠壓筒；5-凹模；6-下模板</p><p>　　圖1-1 擠壓成形工藝原理示意圖</p><p>　　1.1.3金屬擠壓成形技術的特點 </p><

19、p>　　擠壓加工與其它一次塑性加工在本質上的區(qū)別就在于，它是在一個近乎密閉的工具內，并且是在很高的靜壓力下進行的變形，因此具有如下基本特性：</p><p>　　(1)在變形的同時可以使材料接臺，因此可以擠壓接合金屬粉末、金屬碎片、異種金屬。如果有兩種金屬的變形抗力相差不太大的話，既便在室溫也可以通過擠壓來接合。</p><p>　　(2)可以使脆性材料變形。</p>

20、<p>　　(3)通過一道工序即可得到斷面形狀與模子出口形狀相同的制品。</p><p>　　(4)可以通過一道工序進行大變形量加工。</p><p>　　(5)工具承受很大壓力。</p><p>　　(6)坯料斷面形狀可自由選擇。</p><p>　　(7) 工具和材料的接觸時間長，容易 引起晶粒長大和表面裂紋。</p>

21、;<p>　　(8)工具和材料的接觸面積大，使正擠壓的擠壓力增太。</p><p>　　(9)一道工序只能加工裝入工具內體積一定的坯料，增加了材料裝卸等附加工序。同時由于變形及溫度的不穩(wěn)定，使擠壓制品的質量在縱向上不均勻。</p><p>　　1.1.4金屬的擠壓成形技術及發(fā)展現(xiàn)狀 </p><p>　　(1) 迅速發(fā)展的擠壓設備?？偟膩碚f，就是急劇增

22、加的擠壓機數(shù)量. 不斷擴大的擠壓力，不斷更新的結構型式，不斷提高的自動化程度，得到廣泛應用的油壓擠壓機。</p><p>　　(2) 面貌一新的擠壓模具?？偟膩碚f，就是從設計得計算、制模的技術、結構的選擇、安裝與拆卸的方法、新材料的研制以及提高模具壽命等方面都有很大發(fā)展。 </p><p>　　(3) 不斷改進和完善的擠壓工藝。最近這些年，不僅僅只有改進和完善正反向擠壓的方法及其工藝，還出

23、現(xiàn)了許多強化擠壓過程的新的工藝和方法。</p><p>　　(4)擠壓產(chǎn)品的總體結構發(fā)生了很大的變化。20世60年代至今，輕合金擠壓材料的平均增長速度遠遠超過了鋼鐵材料的增長速度，其每年的平均速度高達9.5%。 </p><p>　　1.1.5金屬擠壓技術的發(fā)展前景</p><p>　　擠壓加工的優(yōu)勢在于非常適合當今社會發(fā)展的要求。因為我們這個時代對高性能材料（即難

24、以被加工和復合材料）的加工會變得越來越多。而且還需到在低成本的前提下進行許多品種的小批量生產(chǎn)，可以廢棄物循環(huán)利用來節(jié)省資源。鑄錠可以用來進行直接的加工，以便節(jié)約對鑄錠進行加工的機器占地的面積。而且機器只要對其產(chǎn)生噪音的聲源處進行適當?shù)钠帘?，他對人群的噪音傷害也會隨之大大減小。</p><p>　　1.2鎂和鎂合金的介紹</p><p><b>　　1.2.1鎂的介紹</b&

25、gt;</p><p>　　鎂的外觀為銀白色，自然界分布比較廣的元素中就有鎂，它的蘊藏量高達2.77%。同時，在海水中排第三的富有元素，它在海水中的百分比約為0.13%，鎂的種類有很多，大約有60多種，鎂的晶體結構為密排六方，在自然界以化合物的形式出現(xiàn)，并且活動性比較高的就是鎂，主要存在于白云石，鹽礦，地下水以及鹽湖。鎂的化合種類比較多，據(jù)了解有碳酸鹽類，硅酸鹽類等。</p><p>　　

26、1.2.2鎂合金的介紹</p><p>　　最輕的金屬結構材料被稱為鎂合金，它的比強度高于鋁合金，低于纖維塑料，它的機加工的成本比較低、具有優(yōu)良的性能。而且隨著科學技術的發(fā)展，鎂合金的耐腐蝕性甚至比低碳鋼還要好。它的物理性能，減振性和電磁性能都要高于鋁合金，鎂合金的力學性能比較好，所以真正壓鑄的時間比較短，模具可以使用很長的時間，比價適合于成形加工，其次，它的壓鑄件的性能也比較好，經(jīng)?？梢源驿摚X合金，和塑料。

27、而且相對于金屬鎂，它的易燃性也得到了很大的提高。它最大的優(yōu)點就是可以回收利用，可以環(huán)保。就是因為這個優(yōu)點，被人們稱為“21世紀金屬”，被應用于汽車，計算機等較多的現(xiàn)代化領域。</p><p>　　1.2.3鎂合金的分類</p><p>　　鎂合金有三種分類方式：分別為是否含鋯、主要合金元素和成形的工藝。</p><p>　　首先，按是否含鎬可分為含鋯鎂合金和不含鋯鎂

28、合金兩大類，含鎬的鎂合金中主要的有：Mg-Ag-Zr 、Mg-Th-Zr、Mg-Zn-Zr、Mg-RE-Zr四大系列。不含鎬的鎂合金中主要的有：Mg-Mn、Mg-A1、Mg-Zn三大系列。Zr在鎂合金中的主要作用就是用來細化晶粒。加入鎬元素之后美合金的性能隨之大大提高，鎂合金在室溫及高溫下的性能有顯著的提高。</p><p>　　然后按合金化組元的數(shù)目可以分為二元，三元以及多元的合金體系。平時所見到的鎂合金至少都

29、含有兩種及以上的合金元素。生活中我們可以把他們按其中主要的合金元素分為Mg-Li、Mg-Mn、Mg-Al等合金的系列。</p><p>　　最后按照鎂合金的成形工藝可以分為鑄造鎂合金跟變形鎂合金。鑄造鎂合金就是經(jīng)過鑄造的方法直接加工出來進行使用的鎂合金。變形鎂合金就是用各種使鎂合金發(fā)生塑性變形的然后成形的方法（即擠壓，沖壓等）加工出來的鎂合金。雖然目前鑄造鎂合金遠比變形鎂合金應用廣泛，但是鎂合金材料經(jīng)過變形之后，

30、能夠使它的組織變細，強度、延展性和力學性能得到更好的發(fā)展并且可以在各種不同的場合滿足所需要的使用要求。因此，變形鎂合金委會得到更大的發(fā)展空間也是未來發(fā)展的趨勢。</p><p>　　1.2.4鎂合金的特點</p><p>　　鎂合金具有其它金屬材料不可替代的獨特性，是現(xiàn)如今在工程上應用的最輕的結構材料，鎂合金優(yōu)點如下：</p><p>　　1)質量小 鎂合金的密度小

31、，只有1．89g/cm3,在所有商業(yè)金屬中質量最小。它的質量只有鋁的2/3,鐵的1/4，也是金屬結構中最輕的金屬材料。由于鎂合金在這方面的優(yōu)點，所以鎂合金以后在航天、航空方面將會被大大的開發(fā)利用。</p><p>　　2）導熱性能良好 由于它的導熱性能好，他可以被用來改善現(xiàn)如今使用量非常龐大的電子產(chǎn)品的散熱問題，是電子產(chǎn)品的壽命大大提高。</p><p>　　3）比剛度，比強度較高 由于鎂

32、合金的比剛度、比強度較高，所以在受到同樣力的作用下的時候可以消耗更多的變形力。此外還具有減震，減噪的作用，用于汽車上可以大大提高人們駕車時的安全性跟舒適性。</p><p>　　4）抗電磁干擾性好 由于它的抗電磁干擾性能良好，可以被用來作為防電磁干擾產(chǎn)品，減小產(chǎn)品，比如手機外殼等。</p><p>　　5）加工性跟鑄造性能好 由于鎂和鐵的化學反應低，所以當壓鑄時對鑄模產(chǎn)生的損耗小，大大的提

33、高了壓鑄模的使用壽命。</p><p>　　6）切削性能良好 切削時候的加工速度遠大于其他材料，而且加工的精度高。</p><p>　　7）材料可回收 鎂合金可以回收循環(huán)利用，這正符合了現(xiàn)在提倡的綠色環(huán)保的主題，這樣不僅降低了使用成本而且節(jié)約了資源。</p><p>　　截止到現(xiàn)在，鎂合金作為工業(yè)中的輕金屬材料，只被應用在比較狹小的領域中。并沒有得到廣泛的應用。與鋁

34、合金，鋼鐵材料等其他材料相比，鎂合金的使用量還是比較少的。雖然鎂合金的優(yōu)點很多，但是使用量遠不及鋁合金跟鋼鐵材料，主要是由于鎂合金還沒有得到更多的關注，研究發(fā)展都不夠充分，所以他的應用范圍就比較有限。僅僅從鎂合金自身來說，他的缺點如下：</p><p>　?。?）塑性變形能力差 由于鎂的結構為密排六方結構，所以鎂合金的變形性能和工藝塑性的提高是鎂合金得到廣泛應用的關鍵。</p><p>　

35、?。?）耐磨性，耐腐蝕性差 由于鎂合金的強度不高，所以鎂合金不適用于經(jīng)常有摩擦的部件的制造。而由于它的化學活性高，在常溫下有時都可能發(fā)生氧化，所以鎂合金的耐腐蝕性差。</p><p>　?。?）高溫下易燃 由于鎂合金的化學性能比較強，在高溫的環(huán)境下特別容易發(fā)生氧化，所以如何解決鎂合金的這個問題的方法也成了材料研究領域的一個熱點。</p><p>　　1.2.5鎂合金的發(fā)展方向</p&

36、gt;<p>　?。?）高強耐熱鎂合金</p><p>　　現(xiàn)有的鎂合金的室溫塑性、強度、高溫強度和抗蠕變性能都有待進一步提高。耐熱性能差是阻礙鎂合金被廣泛應用的主要原因。一旦鎂合金在溫度較高的環(huán)境中的時候，它的化學活性強跟耐高溫性差就會使它的整體性能大大的降低。所以目前鎂合金還很難作為需要在高溫環(huán)境下工作的關鍵零件。所以高強耐熱鎂合金就成為了重點研究的方向。</p><p>

37、;　　目前已開發(fā)的耐熱鎂合金中所采用的合金元素主要有RE、SI、Ca及Sr等。稀土是用來提高鎂合金耐熱性能的主要元素，QE22、WE54等含有稀土元素的鎂合金就具有與鋁合金相當?shù)母邷貜姸取?lt;/p><p><b>　?。?）超輕鎂合金</b></p><p>　　鎂鋰合金是迄今為止密度最小的合金材料。以鎂和鋰為主要元素而制得的鎂鋰合金的密度一般為1.35-1.65g/

38、cm3,比普通鎂合金輕1/4-1/3,比鋁合金輕1/3-1/2，所以鎂鋰合金也被稱為超輕合金。由于鋰的加入，鎂的密排六方結構向體心立方結構轉變。鋰含量為0-0.5%時，鎂鋰合金為α相；鋰含量為5.7%-10.3%時，為α+β相；鋰含量大于10.3%時，為β相。體心立方結構的β相具有更多的滑移系，故鎂鋰合金具有更好的變形性能，甚至超塑性。通常鎂鋰合金的強度很低，加入AL、Zn、Si、Mn、和RE等元素可提高合金的強度和組織穩(wěn)定性。高強超輕

39、鎂鋰合金的開發(fā)是鎂合金研究的一個熱點。</p><p><b>　?。?）變形鎂合金</b></p><p>　　雖然目前鑄造鎂合金產(chǎn)品的用量遠遠大于了變形鎂合金的產(chǎn)品用量，但是鎂合金材料經(jīng)過變形之后，能夠使它的強度、延展性和力學性能得到更好的發(fā)展并且可以在各種不同的場合達到所需要的使用要求。因此，變形鎂合金委會得到更大的發(fā)展空間也是未來發(fā)展的趨勢。新型變型鎂合金及其

40、成型工藝的開發(fā)，已受到國內外才來哦工作者的高度重視。</p><p><b>　　第二章實驗方案</b></p><p><b>　　2.1實驗材料</b></p><p>　　本次試驗所采用的AZ80鑄錠均為未經(jīng)過任何的處理原始態(tài)，其合金成分具體參數(shù)如表2-1所示：</p><p>　　表2-1

41、實驗用AZ80鎂合金成分（wt%）</p><p><b>　　2.2正擠壓實驗</b></p><p>　　先把準備好的鑄錠拿出來通過均勻化熱處理一下，拿出來空冷至室溫。然后將冷卻好的試樣經(jīng)過車削加工到Φ38mm的棒狀試樣，所東西準備齊全后在1200噸的擠壓機上采用正向擠壓的方法進行擠壓。擠壓示意圖如圖2-1所示。擠壓筒和模具都采用淬火鋼制成，擠壓筒的直徑采用Φ40

42、mm的，凹模采用三種擠壓比來做。分別為λ=3、6、10。為了擠壓的順利進行，擠壓的過程中，在每次擠壓之后都要把擠壓筒跟凹模的內壁清理干凈。為了防止模具跟材料溫度相差太大而造成的激冷現(xiàn)象，需要對模具也進行加熱。加熱溫度一般為試樣溫度以下20℃到30℃。</p><p>　　圖2-1鑄錠正向擠壓模具示意圖</p><p>　　鎂合金所采用的典型的擠壓溫度為300℃到450℃。具體采用的溫度還是

43、要根據(jù)擠壓材料的品種、形狀等因素來具體確定。一般變形程度的大小通過擠壓比來表現(xiàn)出來。即λ=A0/ A1=(d0/d1)2；我們此次試樣所選擇的擠壓分別為λ=3、6、10三個擠壓比作為研究對象具體的擠壓參數(shù)如表2-2所示。</p><p>　　λ-------擠壓比；</p><p>　　A0-------表示原始試樣的截面積；</p><p>　　A1-------

44、表示擠壓過后式樣的截面積；</p><p>　　d0-------表示試樣原始式樣的直徑；</p><p>　　d1-------表示擠壓過后試樣的直徑；</p><p>　　表2-2 AZ80擠壓方案</p><p><b>　　2.3熱處理實驗</b></p><p><b>　　2

45、.3.1實驗目的</b></p><p>　　對試樣進行熱處理主要是為了改善材料的機械性能。通過將試樣放在爐中加熱到一定溫度之后進行保溫，然后通過適當?shù)睦鋮s方式，最后使材料的組織結構發(fā)生一定程度的改變，減少組織內部的缺陷，使材料的潛能得到充分發(fā)揮，讓材料的綜合性能得到提高。</p><p><b>　　2.3.2實驗設備</b></p>&l

46、t;p>　　熱處理設備是普通電阻爐，型號為KBF1100，如圖2-2所示。由于鎂合金化學活性較高，容易氧化，特別是在高溫下，而且氧化的速度非?？?。通常為了減小鎂合金的氧化程度，都會采取以下措施：通入保護氣體，或在真空爐中加熱。本試驗采取的方法是直接在電阻爐中加入少許二氧化硫氣體。</p><p>　　圖2-2 箱式電阻爐</p><p>　　2.3.3熱處理的類型及工藝參數(shù)</

47、p><p>　　本次試驗經(jīng)過查閱資料討論確定了三種熱處理類型：固溶處理（T4態(tài)）、人工時效(T5態(tài))和固溶處理+人工時效(T6態(tài))。固溶處理（T4態(tài)）試驗了3種工藝參數(shù)，在三種不同的溫度下，試樣采用溫水淬火。人工時效(T5態(tài))試驗了1種工藝參數(shù)，試樣采取空冷。固溶處理+人工時效(T6態(tài))試驗了3種工藝參數(shù)，如表2-3所示：</p><p>　　表2-3 AZ80鎂合金熱處理實驗工藝參數(shù)<

48、/p><p><b>　　2.4金相實驗</b></p><p><b>　　2.4.1實驗目的</b></p><p>　　材料內部的組織結構對材料的性能有著很大的影響，通過金相實驗來對擠壓態(tài)及熱處理態(tài)鎂合金進行內部組織的觀察，通過觀察他們的形態(tài)、分布、晶粒、晶界、析出物等微觀的組成，然后通過對比得出熱處理對材料的影響。&l

49、t;/p><p>　　2.4.2腐蝕劑的配制</p><p>　　本次試驗所使用的腐蝕劑為苦味酸腐蝕劑具體配方如下：苦味酸1.5g，乙酸5ml，水10ml，乙醇25ml。</p><p>　　2.4.3金相試樣的制備</p><p>　　實驗時，依次使用200目、400目、600目、800目、1200目的砂紙進行打磨，然后在拋光機上進行拋光（拋光

50、布采用的是細呢子布,拋光劑采用的是金剛石拋光劑）。拋光后用配制好的腐蝕劑進行腐蝕，腐蝕時間為1到5s。然后用水沖干凈，滴適量的酒精在試樣上用吹風機吹干。最后使用XJZ-6A金相顯微鏡進行金相觀察及照片采集。如圖2-3所示。</p><p>　　圖2-3 XJZ-6A金相顯微鏡</p><p>　　2.4.4顯微硬度測量</p><p>　　把熱處理后的材料先全部進行

51、粗磨一遍，然后用砂紙打磨到1200目，然后拋光，去除表面雜質并且保證材料上下兩個面之間平行，避免影響測出的硬度值。然后在HVS-1000型數(shù)顯顯微硬度計上測量。如圖2-4所示。測量硬度時用本子記好，每個材料保證至少要測8個點，當出現(xiàn)數(shù)值偏差較大的時候應當多測幾個點，然后去除最大和最小值取中間的數(shù)值，最后算出平均值，用excel表格整理好數(shù)據(jù)。</p><p>　　圖2-4 HVS-1000型數(shù)顯顯微硬度計<

52、/p><p><b>　　2.5力學性能實驗</b></p><p>　　材料的力學性能即機械性能，它是指材料在受力或受功的情況下，或者在摩擦、溫度、加工方式等一系列內、外界因素的作用下而表現(xiàn)出來的宏觀的塑性和強度大小的總稱。對材料的力學性能做一個測試，檢測方法主要有動力實驗跟靜力實驗兩大類。本次試驗僅僅做室溫的情況下的靜力學拉伸實驗。靜力拉伸試驗就是指在通過機器對試樣施

53、加一個穩(wěn)定的單向靜拉力，檢測出被測試樣的塑性跟強度指標，然后在電腦上顯示出應力跟應變的關系的一種簡單而又方便的方法。通過應力應變曲線我們可以看出試樣在靜力拉伸試驗中的一般失效形式：彈性變形，塑性變形和斷裂。這種實驗的特點就是溫度是一定的，加載大小跟速度都是由機器來控制的，非常的精準。試樣的形狀一般為骨裝跟棒狀，相關尺寸可以根據(jù)國標來選擇。由拉伸試驗我們可以檢測出材料的一些基本的參數(shù)。例如：屈服強度、抗拉強度和斷后延伸率等。斷后延伸率就是

54、指材料在拉斷后，它伸長的長度與原始標距長度的比值。屈服強度就是指材料在受力大于它的彈性變形力后的塑性變形區(qū)里的一個點的力。抗拉強度就是指材料抵抗變形的能力。這些數(shù)據(jù)都是評定材料力學性能好壞的重要指標。</p><p>　　2.5.1拉伸試樣的制取</p><p>　　圖2-5 棒狀圖試樣</p><p>　　圖2-6 棒狀試樣拉伸前</p><p

55、>　　圖2-7 骨狀圖試樣</p><p>　　圖2-8 骨狀試樣拉伸前</p><p>　　圖2-9拉伸試驗后試樣</p><p>　　根據(jù)國家標準《金屬材料室溫拉伸試驗方法》(GB/T228-2002)，將不同狀態(tài)的棒材制備成圓形橫截面比例試樣R4(直徑d=8，過渡弧半徑壘0.75d，原始標距L0=5d，平行長度L≥L0+d/2)。試樣如圖2-5所示，原樣

56、如圖2-6所示。</p><p>　　薄板類的試樣的夾持頭部一般應比其平行長度部分寬。式樣的頭部平行長度與拉伸部位平行長度之間應有至少18mm的過渡圓弧相連接，頭部寬度至少為20mm，但不要超過40mm。通過協(xié)議，也可以使用不帶頭的試樣，兩夾頭間的自由長度應等于L0+3b。對于寬度小于或等于20mm的產(chǎn)品，試樣寬度可以相同于產(chǎn)品的寬度。試樣如圖2-6所示，原樣如圖2-8所示，拉伸后試樣如圖2-9所示。</p

57、><p><b>　　2.5.2實驗設備</b></p><p>　　拉伸試驗在新三思CMT-5105微機控制電子萬能試驗機上進行。如圖2-7所示。在實驗前我們需要將機器先清理干凈，防止夾料的時候出現(xiàn)夾不緊，或者大貨等現(xiàn)象。試驗采用勻速單向位移拉伸的方法，拉伸的速度為2mm/min。數(shù)據(jù)由機器的感應部分自動讀出，然后傳到電腦上，最后記錄下數(shù)據(jù)。本次實驗所測的力學性能包括：

58、延伸率δ、抗拉強度σb和屈服強度σs。</p><p>　　圖2-10 新三思CMT-5105微機控制電子萬能試驗機</p><p>　　第三章AZ80鎂合金組織與性能研究</p><p>　　3.1原始材料組織及均勻化組織</p><p>　　如圖3-1是AZ80鎂合金原始的鑄態(tài)組織，我們從圖中可以看出，原始的鑄態(tài)組織中會有大量的枝晶偏析，

59、其組織呈現(xiàn)樹枝狀，主要是由白色的α-Mg基體相和其中呈網(wǎng)狀連續(xù)分布在晶界和基體上的黑色β-Mg17AL12相所組成。其抗拉強度σb=165MPa,屈服強度σs=165MPa。研究表明組織和成分的非平衡狀態(tài)將會對合金的性能造成很大的影響。組織中非平衡相的存在容易在變形和加熱過程中造成材料過早的發(fā)生過燒，而報廢。同時組織中的脆性相和晶內成分偏析可在一定程度上降材料的塑性，從而大大的增加了材料的變形抗力，增加了對變形設備的要求。所以通常在塑性

60、變形前要對坯料進行均勻化處理。</p><p>　　圖3-1 AZ80鎂合金原始鑄態(tài)組織</p><p>　　圖3-2分別為AZ80鎂合金經(jīng)390℃×8h，12h,16h與410℃×8h，12h,16h均勻化處理后的金相組織圖。由圖可知，經(jīng)均勻化處理后原始鑄態(tài)組織中的枝晶偏析得到一定程度的改善。經(jīng)390℃×8h，12h,16h均勻化處理后黑色的β-Mg17AL

61、12相基本上溶入了基體中，而且晶界處組織隨著時間的增長，晶界處的線條也變得越來越明顯，不過基體中成分不均勻。但經(jīng)410℃×8h，12h,16h小時均勻化處理后，β-Mg17AL12 相基本上都溶解在了基體中，只有在少數(shù)的幾個晶粒部位存在一些呈現(xiàn)點狀分部的β-Mg17AL12相，而且境界線條非常明顯。這是因為在均勻化處理之后的冷卻過程中，AL從過飽和的α-Mg 固溶體中析出所造成的。從圖中我們還可以看出，在經(jīng)過均勻化處理后，每個

62、晶粒的尺寸也得到了一定的細化。根據(jù)組織跟硬度值（見表3-1）的情況，經(jīng)過選擇確定最佳的均勻化方案為410℃×12h。</p><p>　　圖3-2不同溫度的均勻化熱處理后AZ80鎂合金組織相圖</p><p>　?。╝）390℃×8h均勻化熱處理;（b）390℃×12h均勻化熱處理;（c）390℃×16h均勻化熱處理; （d）410℃×8h

63、均勻化熱處理; （e）410℃×12h均勻化熱處理;（f）410℃×8h均勻化熱處理</p><p>　　表3-1 原始態(tài)跟不同均勻化處理后組織的硬度值</p><p><b>　　3.2擠壓的工藝</b></p><p>　　3.2.1擠壓工藝的參數(shù)</p><p>　　本次AZ80鎂合金正擠壓方案

64、采用λ=3,6,10擠壓比分別使用300℃，350℃，400℃，450℃四種溫度，研究不同擠壓溫度，不同擠壓比的情況下，組織的變化情況。由于鑄錠數(shù)量的問題，λ=6的只做300℃，350℃，400℃3個溫度，λ=10的只做350℃，400℃的2個溫度。具體方案件表2-2。</p><p>　　3.2.2溫度對材料性能的影響</p><p>　　如圖3-2分別為AZ80鎂合金在相同擠壓比不同的

65、溫度下，試樣的金相組織圖?？梢钥闯?，在擠壓溫度為350℃時，晶粒比較粗大且晶界不明顯；當擠壓溫度為400℃時，組織得到明顯的細化且晶界變得清晰，但也有部分沒有被細化，所以晶界顯得不均勻；當擠壓溫度為400℃和450℃時組織均勻，晶粒細化。</p><p>　　圖3-2擠壓比為3時擠壓態(tài)金相圖</p><p>　　T=300℃； (b) T=350℃； (c) T=400℃； (d) T=4

66、50℃</p><p>　　表3-2不同擠壓溫度的力學性能</p><p>　　表3-2是AZ80鎂合金在擠壓比為3，在不同溫度下擠壓的棒料的抗拉強度σb,屈服強度σs和斷后延伸率δ?？梢钥闯?，隨著溫度的增加材料的抗拉強度逐漸增大，在350℃之后慢慢減小，抗拉強度分別為320、340、325和325MPa。相比原態(tài)隨著擠壓溫度的改變抗拉強度都得到了提高。隨著溫度的增加材料的屈服強度逐漸增大

67、。屈服強度分別為265、295、295和310MPa。斷后延伸率同屈服強度一樣先增大后減小?？傮w來看當擠壓溫度在350℃時，綜合性能最好。</p><p>　　3.2.3擠壓比對材料的影響</p><p>　　圖3-3為在400℃下不同的擠壓比的金相組織圖。可以看出，在擠壓比為3時，晶粒比較粗大。擠壓比為6時，晶粒變細，但是也有部分沒有得到細化，因此晶粒顯得不均勻；當擠壓比為10時，晶粒細

68、化，組織均勻。由上面的結果可以得出，隨著擠壓比的增大，晶粒明顯得到細化。</p><p>　　圖3-3溫度為400℃擠壓態(tài)組織</p><p>　?。╝）λ=3； （b）λ=6； （c）λ=10</p><p>　　表3-3 不同擠壓比的力學性能</p><p>　　表3-2是AZ80鎂合金在擠壓溫度在400℃，在不同擠壓比下擠壓的棒料的抗拉

69、強度σb,屈服強度σs和斷后延伸率δ。可以看出隨著擠壓比的增大抗拉強度逐漸增大，分別為325、340和355MPa。相比原態(tài)隨著擠壓溫度的改變抗拉強度都得到了提高。屈服強度隨著擠壓比的增加逐漸減小，分別為310、92、91MPa。斷后延伸率同屈服強度一樣，隨著加壓比的增大先變大，然后減小。</p><p>　　3.3擠壓后的熱處理</p><p>　　為了提高效率，選取擠壓比λ=10，T=

70、400℃的試樣作為研究對象，對其進行T4，T5，T6態(tài)的熱處理，具體熱處理參數(shù)見表2-3。組織如下圖3-4,熱處理的硬度值如表3-4所示：</p><p>　　圖3-4 AZ80熱處理組織</p><p>　　（a）380℃×2h； （b）410℃×2h；（c）440℃×2h；（d）170℃×18h； (e)380℃×2h+170℃

71、5;18h；(f) 410℃×2h+170℃×18h（g）440℃×2h+170℃×18h</p><p>　　表3-4 熱處理硬度值</p><p>　　從圖3-4的(a)～(c)可以看出，固溶處理后的組織比較清晰，只有在某些晶內的少數(shù)部位存在一些呈現(xiàn)點狀分部的β-Mg17AL12相，隨著固溶溫度的增高，β-Mg17AL12相基本上消失。從表3-4

72、中的曲線可以分析出，通過固溶時間的增加，AZ80鎂合金的硬度將會慢慢的下降。鎂合金在固溶處理之后，組織中的β-Mg17AL12相分解形成過飽和固溶體，由于這種組織的顯微硬度低，導致合金的整體硬度跟著下降。在固溶的過程中（380℃到440℃之間），它的硬度值的變化不大。但總體來看還是呈下降趨勢。因為在一開始的時候，組織當中含有較多的第二相。所以在固溶分解的時候速度比較快，導致了合金硬度的下降。具體原因是由于合金組織中硬脆的β-Mg17AL

73、12相的數(shù)量的減少。其次，由于在較高的溫度下進行了一段時間的保溫，在晶界上的少量β-Mg17AL12相開始慢慢的變軟，起不到將晶界固定在原地不動的作用。最終，晶粒在這樣的情況下逐漸的長大，使得合金的強度下降。</p><p>　　從圖（d）～（g）可以看出，AZ80鎂合金經(jīng)過時效處理之后，在固溶階段溶入基體組織中的第二相慢慢的析出。我們可以由此得出一個簡單的結論，析出相的形態(tài)及數(shù)量與時效的溫度和時間有著密切的聯(lián)系

74、。當溫度一定時，隨著時間的增加，析出相的數(shù)量逐漸增加，并且在開始時的增加的速度明顯大于結束時期。等到析出達到平衡之后，析出物的形態(tài)發(fā)生顯著變化，由細條狀向片狀過渡。這種變化與合金的力學性能有很大的關系。從圖3-4中的曲線可以看出，380℃固溶處理2h+170℃+18h的時效的強化效果優(yōu)于擠壓態(tài)的時效強化效果，因為2h固溶處理之后，β-Mg17AL12相的分解溶入更加的充分，在時效處理過程中，基體組織過飽和的程度要明顯的大于擠壓態(tài)過飽和的

75、程度。過飽和的程度變大時，第二相得分解、析出速度快，并且析出的相分布更加的均勻，起到了明顯的彌散強化效果，使得合金的硬度值得到大幅的提高。380℃固溶處理2h+170℃時效處理18h后，β-Mg17AL12相的析出很明顯，并且迅速的布滿，相顆粒的表面，隨著時效時間延長，在其析出數(shù)量上的變化并不明顯，但形貌的變化很大。β-Mg17AL12相的這種聚集長大惡化了合金的力學性能</p><p>　　總的來說，根據(jù)熱處理

76、后鎂合金的合金相圖及其硬度值，我們可以得出鎂合金擠壓后的最佳方案為380℃固溶處理2h+170℃時效處理18h。其他材料的熱處理方式均按最佳熱處理方式來做。其他材料熱處理后的合金組織如圖3-5：</p><p>　　圖3-5 其他熱處理組織</p><p>　　（a）λ=3，T=300℃；（b）λ=3，T=350℃；（c）λ=3，T=400℃；（d）λ=3，T=450℃；（e）λ=6，T=

77、300℃；（f）λ=6，T=350℃；（g）λ=6，T=400℃；（h）λ=10，T=350℃；</p><p>　　表3-5 其他材料熱處理后的力學性能</p><p>　　表3-6 其他材料的硬度值</p><p>　　從圖3-5的(a)～(d)可以看出，擠壓比都為3，經(jīng)不同擠壓溫度，在經(jīng)過同一熱處理后組織晶粒最細的為λ=3，T=400℃通過380℃固溶處理2h

78、+170℃時效處理的材料。他們的抗拉強度隨著的升高先下降，然后上升在下降，屈服強度隨著溫度的升高先下降后上升。延伸率隨著溫度的升高先降后上升。總的來說擠壓比同為3綜合性能最好的為T=400℃。從(e)～(g)可以看出擠壓比都為6，經(jīng)不同擠壓溫度，在經(jīng)過同一熱處理后組織晶粒最細的為λ=6,T=350℃通過380℃固溶處理2h+170℃時效處理的材料。他們的抗拉強度隨著的升高先下降后上升，其屈服強度隨著溫度的升高而升高。延伸率隨著溫度的升高

79、先降后上升。圖（h）擠壓比10的棒料抗拉強度最高，綜合性能好。</p><p><b>　　第四章 結論</b></p><p>　　在課題的研究過程中，我實現(xiàn)了理論與實踐相結合的過程。開始查閱了相關的很多的相關文獻資料，了解了AZ80鎂合金擠壓成形技術以及鎂和鎂合金的分類、用途及發(fā)展。并且對AZ80鎂合金進行了重點研究，知道提高其力學性能的途徑是固溶+時效的處理，而

80、且材料固溶后要在一天內進行時效，否則力學性能就會下降。</p><p>　　在閱讀大量的資料之后，進行了實驗方案的確定，并且做了規(guī)劃。在經(jīng)過實驗的處理后也得出了一些研究成果：1、固溶處理對AZ80鎂合金強度有明顯的提升。2、擠壓溫度及擠壓比對AZ80鎂合金性能有較大影響。3、在固溶380℃保溫2h后，進行170℃保溫18h的時候AZ80鎂合金的綜合力學性能最好。</p><p><b

81、>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 楊重愚．輕金屬冶金學[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2002.</p><p>　　[2] 丁文江．鎂合金科學與技術[M]．北京：科學出版社，2007.</p><p>　　[3] 陳振華，嚴紅革，等．鎂合金[M]．北京：化學工業(yè)出版社，2004.</p><p>　　[4]

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86、lt;p>　　畢業(yè)設計是大學期間對我們學習知識的最后一次考驗，是我們四年大學生活的一個總結，是我們對所學知識的一次靈活運用。因此我們必須用一個認真的態(tài)度來對待它，把它當做對我們在校所學的專業(yè)知識的一個檢測，為即將來臨的畢業(yè)工作做好準備。</p><p>　　首先要感謝我的畢業(yè)設計指導老師盧雅琳老師，我在專業(yè)課方面的大多是知識都是由他教導的。每次在畢業(yè)設計中遇到問題，盧老師總是耐心的給我講解，不管有多忙，老師