變形鎂合金熱鍛可成形性參數(shù)辨識(shí)與晶粒細(xì)化研究.pdf

1、晶粒細(xì)化是提高鎂合金力學(xué)性能的重要手段。強(qiáng)塑性變形技術(shù)如等徑角擠壓、累積疊軋焊、高壓扭轉(zhuǎn)等已成功應(yīng)用于細(xì)化鎂合金晶粒。相對(duì)于這些強(qiáng)塑性變形技術(shù)，多向反復(fù)鍛造因工藝簡(jiǎn)單、成本低、使用現(xiàn)有設(shè)備即可進(jìn)行細(xì)晶材料的制備等優(yōu)點(diǎn)而具有更加廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。然而鎂合金具有密排六方的晶格結(jié)構(gòu)，滑移系少，鍛造難度大，目前鎂合金多向反復(fù)鍛造的研究相對(duì)較少。為有效細(xì)化鎂合金晶粒組織并提高合金力學(xué)性能，本文以典型Mg-A1-Zn系鎂合金AZ61、AZ80及M

2、g-Zn-Zr系合金ZK60為研究對(duì)象，通過等溫?zé)釅嚎s實(shí)驗(yàn)建立了材料的微觀組織演化模型，基于加工圖理論研究了這些合金的熱加工可成形性，采用有限元數(shù)值模擬識(shí)別了合適的多向反復(fù)鍛造工藝參數(shù)范圍，通過多向反復(fù)鍛造實(shí)驗(yàn)研究了該工藝對(duì)鎂合金微觀組織和力學(xué)性能的影響。
　　提出了一種基于Lassraoui模型回歸獲得動(dòng)態(tài)再結(jié)晶臨界應(yīng)變表達(dá)式的方法，并以此為基礎(chǔ)建立了三種鎂合金材料的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)方程。兩階段Lassraoui模型反映了加工硬

3、化-動(dòng)態(tài)回復(fù)現(xiàn)象和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶引起的應(yīng)變軟化，該模型的精確性由第二階段開始條件即動(dòng)態(tài)再結(jié)晶觸發(fā)的臨界應(yīng)變值決定，然而臨界應(yīng)變值識(shí)別方法的研究相對(duì)較少。為提高模型計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合度，本文基于Lassraoui模型辨識(shí)獲得了臨界應(yīng)變的相關(guān)參數(shù)，并以此為基礎(chǔ)建立了三種鎂合金材料的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)方程。
　　提出了通過跟蹤試樣熱壓縮過程不同位置變形歷史識(shí)別加工圖微觀組織佐證點(diǎn)的方法。熱壓縮實(shí)驗(yàn)是常用的研究材料熱變形可加工性的方法，然而，

4、熱壓縮過程中接觸邊界及其摩擦狀態(tài)導(dǎo)致試樣溫度場(chǎng)與變形場(chǎng)的不均勻，并進(jìn)而帶來(lái)微觀組織的不均勻。在材料可成形性分析中，需要根據(jù)所獲得的流變應(yīng)力數(shù)據(jù)建立材料的加工圖，結(jié)合變形后的微觀組織來(lái)佐證加工圖的分析結(jié)果，而一定變形條件下組織的不均勻?yàn)樽糇C加工圖帶來(lái)了困難。為識(shí)別最接近設(shè)定變形條件的特征點(diǎn)進(jìn)行微觀組織觀察以佐證加工圖分析結(jié)果，本文對(duì)熱壓縮過程中試樣不同位置的變形歷史進(jìn)行跟蹤分析，識(shí)別了適合進(jìn)行加工圖微觀組織佐證的特征點(diǎn)。
　　基于加

5、工圖理論與特征點(diǎn)的微觀組織觀察系統(tǒng)研究了擠壓態(tài)鎂合金 AZ61、AZ80和 ZK60的熱加工可成形性。通過三種鎂合金材料功率耗散系數(shù)分布特征及微觀組織觀察結(jié)果識(shí)別了合金不同變形條件下的微觀組織演化機(jī)制并給出了優(yōu)化的熱加工窗口?；贘onas、Semiatin、Prasad、Murty、Gegel和 Alexander流變失穩(wěn)判據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果及微觀組織觀察結(jié)果的耦合分析檢驗(yàn)了不同流變失穩(wěn)判據(jù)對(duì)三種鎂合金材料的適用性，識(shí)別了三種鎂合金材料熱變形

6、過程中應(yīng)當(dāng)避免的流變失穩(wěn)區(qū)。
　　提出了逐步增加應(yīng)變速率的多向反復(fù)鍛造工藝并基于包含加工圖的有限元模擬識(shí)別了合適的多向反復(fù)鍛造工藝參數(shù)范圍。與傳統(tǒng)的等溫多向反復(fù)鍛造和減溫多向反復(fù)鍛造相比，逐步增加應(yīng)變速率的多向反復(fù)鍛造不存在等溫多向反復(fù)鍛造的臨界晶粒尺寸，避免了減溫多向反復(fù)鍛造中溫度改變帶來(lái)的繁瑣操作，工藝簡(jiǎn)單易行，更有希望應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。為避免多向反復(fù)鍛造過程中出現(xiàn)流變失穩(wěn)，本文將加工圖集成至有限元模擬軟件中對(duì)多向反復(fù)鍛造過程中

7、試樣的溫度、應(yīng)變、應(yīng)變速率及流變失穩(wěn)區(qū)分布進(jìn)行了模擬，識(shí)別了合適的多向反復(fù)鍛造工藝參數(shù)范圍。
　　成功完成了逐步增加應(yīng)變速率的多向反復(fù)鍛造實(shí)驗(yàn)，并通過金相觀察、力學(xué)性能測(cè)試和掃描電鏡分析研究了逐步增加應(yīng)變速率的多向反復(fù)鍛造工藝對(duì)鎂合金微觀組織和力學(xué)性能的影響。多向反復(fù)鍛造變形道次后的顯微組織研究表明隨著變形的進(jìn)行，合金的微觀組織逐步細(xì)化并趨于均勻化，鎂合金AZ61在320℃下經(jīng)過多向反復(fù)鍛造變形后形成了平均晶粒尺寸為6.1μm的均