AZ31镁合金的热挤压变形和力学性能分析

1、 36锻压技术第34卷1实验研究实验原料选用商业铸造AZ31镁合金(国内牌号MB2铸锭,其化学成分如表1所示。表1AZ31镁合金化学成分(质量分数。% Table1Chemical composition of AZ31magnesitnn alloy(nla￥s fraction,%对AZ31镁合金铸态坯料进行673K×16h的均匀化处理,均匀化处理后铸锭车削成090mm×380mm的棒料并涂刷石墨水。在500t联动液压机上采用分流模具挤压。(1以坯料变形前后的面积比(挤压比作为变形程度的参数,即:AA。/A。其中,A为挤压比,A。为变形前坯料面积,A-为变形后坯料面积,

2、本实验挤压比为11。(2实验参数如表2所示。表2挤压工艺参数Table2Processing parameter of extrusion 品进行退火,退火选用低温电炉,退火工艺温度473-573K,退火时间为3h。金相试样浸蚀剂配方为:5g苦味酸+10ml冰醋酸+10m1蒸馏水+80ml无水乙醇53;管材试样室温拉伸力学性能测试按GB/T228-2002取样,在MTS2810力学性能实验机上进行拉伸实验,拉伸速度为2mmS;采用平均截线法多视场表征平均晶粒尺寸d(d1.735L,其中L为晶粒内截线段长度。2实验结果及分析图2是AZ31镁合金铸锭的铸态和均匀化处理后显微组织,其中图2a为AZ3

3、1镁合金的铸态组织,晶粒较为粗大,约为100150肚m。组织中有较多的粗大第二相沿晶界分布。能谱分析表明铸态组织中的合金相主要有两种:颗粒状的Mg,AI,z相和针状的含Mn相。这些相的存在会对材料的变形过程带来不良的影响。图2b为经过673K/16h均匀化退火后的金相组织,在保温16h后,晶界变得清晰,沿晶界分布的粗大第二相的数量大大减少。图2AZ31镁合金铸锭的铸态(a和均匀化处理后显微组织(b(3分流模具材料采用具有强韧兼具的热作模Fig.2Microstructure of AZ31magnesium alloy fls cast condition 具钢H13钢,图1为分流模具图。(a

4、and by the hom。genizai。nrea“。“(6图1四孔分流挤压模具图Fig.1Four porthole extrusion dies采用选定的挤压工艺参数,成功挤压出镁合金管材,见图3,所有挤出管材表面光洁、精度高、粗糙度小和壁厚差小。图3AZ31镁合金挤压管材Fig.3Picture of AZ31magnesium alloy tubes第6期石磊等:AZ31镁合金的热挤压变形和力学性能分析37图4是AZ31镁合金挤压管材的金相照片。从图中可以看出,AZ31镁合金在变形过程中发生了完全的动态再结晶,在623K时,镁合金中粗大的晶粒发生破碎,在应力的作用下形成新的晶粒,形

5、变组织发生了再结晶,晶粒细小,变形较为均匀,金相显微镜下偶尔能观察到未发生再结晶而被拉长的纤维组织,再结晶等轴晶粒是变形组织的基本特征;在673K时再结晶晶粒得到充分变形,但同时晶粒开始有逐渐长大的趋势;到723K时晶粒开始变得粗大,分布又开始变得不均匀。说明坯料温度低能够抑制晶粒的进一步长大。挤压温度分别为623,673和723K时平均晶粒尺寸分别为18,24和42“m。晶粒尺寸随着挤压温度的升高而长大。相应的硬度分别为68,62和53HV,硬度随着挤压温度的升高而降低,但变化平缓。图4AZ31挤压镁合金的金相照片(a623K(b673K(c723KFig.4Microstructure o

6、f as-extrusion Az3l magnesium alloy图5是AZ31镁合金管材的TEM照片。可以看出在晶界附近存在有位错堆积。在三维应力的作用下,通过自适应转动并调整滑移方向,同时产生大量位错,并沿着挤压方向发生塑性流变,最终被挤成纤维状。此时,变形逐渐进入稳定状态。其特点是变形纤维长而直,且相互平行。挤压变形纤维组织比表面积大,界面能高,加上挤压热的作用,很容易发生相的传输和动力学再结晶【6-87。按照“堆垛层错能”理论,金属再结晶过程分为形核和长大两个阶段。由于镁合金具有较高的堆垛层错能,易于形核,再结晶主要取决于迁移和扩散速率,驱动力决定再结晶特征。经过大变形形成的平行纤

7、维组织,在挤压应力和挤压热的作用下,首先沿晶界形成亚晶结构,进而通过亚晶合并机制形成较大尺寸的大角度亚晶9-i03;随后,通过晶界迁移、亚晶进一步合并和转动,发生动态再结晶,最终形成细小的大图5AZ31镁合金挤压管材的TEM照片Fig.5TEM micrograph of as-extrusion AZ31magnesium alloy 角度晶粒,如图4所示。选取挤出质量较好的623K挤压镁合金管材进行去应力退火,退火后的挤出管材拉伸强度和屈服强度随退火温度的升高而降低,延伸率随退火温度的升高而升高,但当温度超过523K时退火后延伸率无明显变化,如表3所示。表3挤压AZ31镁合金管材性能Tab

8、le3Properties of as-extrusion AZ31magnesium alloy图6是挤压AZ31合金室温拉伸断口SEM形貌。对比退火前后AZ31镁合金管材拉伸试样,其拉伸断口均发生颈缩现象,但不是很明显,通过扫描电子显微镜对断口观察,挤压态(图6a断口组织基本上由二次裂纹和解理面组成,韧窝较少,而且浅,裂纹具有一定的方向性,屈强比较大,属脆性断裂。退火后(图6b的解理刻面较少,存在较多韧窝,只有少量冰糖状断口和二次裂纹,表现为韧性断裂为主。退火后的挤压AZ31镁合金消除了内应力,韧性增加,塑性增加,这与其延伸率升高 一致。38锻压技术第34卷图6挤压AZ31合金室温拉伸断口

9、SEM形貌(a挤压态(b退火态Fig.6SEM micrographs of tensile fracture surface of as-extrusion AZ31magnesium alloy tested at room temperature(aAs-extrusion(bAnnealed3结论(1通过673K/16h均匀化退火,铸态AZ31镁合金第二相基本消失,晶界更加清晰。(2AZ31镁合金对变形温度敏感,挤压温度对产品的尺寸精度有较大的影响。在挤出速度相对稳定的状态下:温度降低,晶粒尺寸细小,所需挤压力大,尺寸精度具有单一偏差;温度升高则金属流动性好,产品容易成形,但精度也较差

10、,内部组织粗大,产品性能降低。挤压温度623K附近较为合理。参考文献:12345678910潘复生,韩恩厚.高性能变形镁合金及加工技术I-M.北京:科学出版社,2007.研究FJ.锻压技术,2006,31(03:9598.拟口.中南大学学报:自然科学版,2008,39(2:216220.Swiostek J,Yi S B Microstructure and texture developmentduring hydrostatic extrusion of magnesium alloy AZ31l-J1.Seripta Materialia,2005,53(2:259264.recryst

11、allization in AZ31magnesium alloyJ,Mater.Sci.Eng.A,2007,456(12:5257.金的微观结构与性能J.华南理工大学学报:自然科学版,2004,32(9:5053.响J.材料工程,2006,(增刊:310312.高压成形性能EJ.金属学报,2007,43(5:534538.为J.锻压技术,2009,34(1:135138.实验研究口.稀有金属,2008,32(5:567573.(上接第34页率、进给比对缺陷的影响比较复杂,旋轮工作角为30。左右时,隆起堆积和扩径等缺陷较小。而减薄率和进给比应适当取较小值,此时缺陷较小。5结论(1随着旋轮工作

12、角增大,隆起系数逐渐增大,旋轮前堆积愈加严重;内径胀径量呈现减小趋势。(2随着减薄率增大,隆起系数和内径胀径量呈现增长趋势,但减薄率不能过小,否则会降低工作效率。(3实验和模拟结果综合对比分析,当旋轮工作角为25。30。、进给比为0.8mlrlr一、减薄率为30%时,等效应力较小且分布均匀,隆起高度和内径胀径量较小,旋压成形过程处于较好的稳定状态。参考文献:1王成和,刘克璋.旋压技术M.北京:机械工业出版社,23456781986.李有鑫.错距旋压及其应用J.锻压技术,1988,13(6:4145.韩志仁,陶华.筒形件强力内旋压工艺的正交试验研究口.锻压技术,2005,30(2:2931.赵云

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14、继文, 李永兵, 魏世忠, 徐流杰, 张国赏, SHI Lei, LI Ji-wen, LI Yong-bing, WEI Shi-zhong, XU Liu-jie, ZHANG Guo-shang作者单位:石磊,SHI Lei(河南科技大学,材料科学与工程学院,河南,洛阳,471003, 李继文,魏世忠,徐流杰,张国赏,LI Ji-wen,WEI Shi-zhong,XU Liu-jie,ZHANG Guo-shang(河南科技大学,材料科学与工程学院,河南,洛阳,471003;河南科技大学河南省耐磨材料工程技术研究中心,河南,洛阳,471003, 李永兵,LI Yong-bing(机械科

15、学研究总院,先进制造技术研究中心,北京100083刊名: 锻压技术英文刊名:FORGING & STAMPING TECHNOLOGY年,卷(期:2009,34(6参考文献(10条1.赵欣;张奎;李兴刚Mg-Y-Nd-Gd-Zr合金动态再结晶实验研究期刊论文-稀有金属 2008(052.薛勇;张治民;郎利辉AZ91D镁合金高温压缩变形行为期刊论文-锻压技术 2009(013.何祝斌;王小松;苑世剑AZ31B镁合金挤压管材的内高压成形性能期刊论文-金属学报 2007(054.王强;张治民坯料温度对AZ31B镁合金反挤压成形的影响 2006(增刊5.刘英;陈维平;张卫文等通道转角挤压后AZ31镁合金的微观结构与性能期刊论文-华南理工大学学报(自然科学版 2004(096.Fatemi Varzaneh S M;Zarei Hanzaki A;Beladi H Dynamic recrystallization in AZ31 magnesium alloy外文期刊 2007(1-27.Swi