AZ31镁合金变形方式对其组织性能影响的研究_图文

1、AZ31镁合金变形方式对其组织性能影响的研究席鹏翀,王 强,张治民(中北大学材料科学与工程学院,山西太原030051摘 要:通过调整AZ31镁合金变形过程的参数来达到强化合金性能的目的,同时也可以改变变形的工艺步骤、冷却方式、表面处理或者合金本身的成份来增强合金最终制品的组织性能。通过不断地摸索2种方式相结合的工艺方法,提高镁合金组织性能,该方法已经得到初步的应用,使用几种方式相结合的方法改善AZ31的性能已经成为可能。关键词:A Z31;镁合金;塑性成型中图分类号:TQ 174 文献标志码:A 镁合金具有密度小,比强度、比刚度高,散热性、屏蔽性好,能回收、无污染、资源丰富等优点。在汽车、摩托

2、车、航空航天、兵器等领域有着广泛的应用前景,成为减重节能、保护环境的首选材料1 4。图1 铸态A Z31镁合金的显微组织1 镁合金组织研究AZ31镁合金铸锭的铸态组织,基体为 固溶体,少量的第二相Mg 17Al 12呈骨骼状分布于枝晶间和晶界处,见图1。由于偏析和在晶界以及枝晶间存在M g 17A l 12第二相,使镁合金的热塑性降低,加工性能变差。因此,为提高合金组织成分的均匀性,需要对合金铸锭进行均匀化处理。均匀化处理过程中,通过原子扩散,可在很大程度上消除晶内偏析和内应力,改善铸锭化学成分与组织的不均匀性,提高其工艺塑性。经均匀化处理后的组织,在基体上的枝晶数量大大减少,在枝晶之间以及基

3、体上还存在着少量的M g 17Al 12第二相。M g 17Al 12是AZ31镁合金中唯一的化合物相,为体心立方结构,晶格常数a= 1.054387nm 的Mg 17Al 12相的形成机制、存在状态、数量、大小、分布以及晶体学位相关系无疑对合金的性能有不可忽视的影响。研究表明,M g 17A l 12相可以连续和不连续沉淀2种方式从Mg基体中析出,当时效温度高于约205 时,M g 17A l 12相以连续方式析出;当温度较低时,通常以不连续沉淀方式析出。表1试验用A Z31化学成分(质量分数(%元素AlZn M n SiFeCuNi杂质Mg 含量 00.140.001

4、50.00210.00090.30余量 1.侧梁2.基座3.横梁4.加强筋图4 夹具简图5 结语1从焊接应力和焊接变形的控制角度对斗底焊接工艺进行探讨,对同类型的产品焊接加工具有一定借鉴意义。2对2次焊接夹具法的工艺开发进行重点介绍。实践证明,该工装夹具操作方便,有足够的焊接空间,易于焊接操作和焊件拆卸;夹紧可靠、刚性适当。同时,该夹具具有一定的通用性,采用标准化的夹紧机构,也便于加工制造和选材。实践证明,利用此方法制造的斗底,变形量得到有效控制,产品合格率也大大提高。彻底解决了长期以来该产品在焊接变形和焊接难度大等方面的难题。参考文献1宋佩辉.大吨位叉车门架立柱的焊接应力和焊接变形的研究与应

5、用J.机械工人(热加工,2005(11.2中国机械工程学会焊接学会.焊接手册 第一册(第二版M .北京:机械工业出版社,2002.3刘芝豹.叉接头工艺研究J.机械工人(热加工,2005(11.作者简介:马连生(1957 ,男,工程师,长期从事工程机械的产品开发与工艺制造研究工作。收稿日期:2007年10月10日责任编辑 吕德龙63 !新技术新工艺 热加工工艺技术与材料研究 2008年 第4期当Al含量小于10%时,随着Al含量增加,M g 合金的液相线及固相线温度均降低,M g合金的抗拉强度提高;伸长率则随着Al含量增加先是提高然后下降。当Al含量大于4%时,M g A l合金的耐腐蚀性能迅速

6、提高;另外,A l的M g合金有最高的应力腐蚀敏感性,且敏感性随着A l含量的增加而增加,M g合金中Al含量在门槛值(0 15% 2 5%之上将导致SCC,在6%时影响达到最大。Zn也是镁合金中常用的特征元素。根据Mg Zn二元相图,平衡结晶时,345 发生共晶反应:L # M g+M g7Zn3。Mg7Zn3属于介稳定相,随后冷却过程中分解为 M g+M gZn。共晶点含51 2% Zn,共晶温度时,Zn在M g中的溶解度为6 2%。随温度降低,其固溶度随温度的降低而显著减少,至100 时降为2%以下。Mn在镁合金中对提高基体的耐腐蚀性能十分有利,因为M n可与合金中的Fe形成化合物作为熔

7、渣被排除,消除Fe对镁合金耐蚀性的有害影响,同时提高了合金的电位。因此,一般用于耐腐蚀性场合的镁铝合金中都含有一定量的M n。另外,Mn还可以改善合金的焊接性能和耐热性能。Fe,Ni,Co 3种元素在镁中的固溶度很小,在其浓度(质量分数小于0.2%时就对Mg的耐蚀性产生非常有害的影响,加速了M g的腐蚀。因为镁和与氢的非平衡电位接近的金属(如Fe,Ni,Cu,Co等会构成很大的阴极,具有较大的负差效应,镁合金将发生严重的电偶腐蚀。Ni是对镁合金耐蚀性非常有害的杂质元素。Ni在镁合金中固溶度很小,常与镁形成Mg2N i等金属间化合物,以网状形式分布于晶界,降低了镁的耐蚀性能。当Ni含量大于0.0

8、16%时,镁合金的腐蚀速率显著加快。因此,必须严格控制镁合金中Ni 的含量。Fe不溶于固态镁,以金属Fe的形式分布于晶界,降低镁的耐腐蚀性。当Fe含量大于0.0165%时,镁合金的腐蚀速率显著加快。2 变形参数或方式对镁合金组织性能的影响2.1热挤压对AZ31镁合金的晶粒细化的影响因为AZ31镁合金既不可能靠热处理强化亦不能靠应变强化,细晶强化为提高AZ31镁合金性能的有效方法之一。晶粒细化不仅可以提高材料的强度,而且可以提高其塑性,为了消除铸态AZ31镁合金的偏析组织均匀化组织结构,在试验开始前把铸态AZ31镁合金加热到400 左右,保温1213h。在YA32-315四柱式万能液压机上进行等

9、温压缩试验,液压机的滑块行程速度为10mm/s。在200 时采用5组不同的试样对铸态AZ31镁合金压缩变形进行比对,结果见表2和表3。表2 挤压AZ31合金的典型室温力学性能合金产品状态抗拉强度/M Pa拉伸屈服强度/MPa压缩屈服强度/M Pa伸长率(% AZ31杆,棒,型材加工态260195200951051417 AZ31管材加工态2501658512表3 铸态AZ31镁合金压缩变形强度比较试样序号开始状态抗拉强度/M Pa变形后的抗拉强度/MPa(% 1173263 2.602173286 2.333205305 2.064205292 1.6152052650.85图2 !b- 关系

10、曲线由表3可知,尽管铸棒已均匀化处理,但由于铸态组织不均匀,仍造成铸棒不同位置上原始试样拉伸强度的不同5。为消除由于原始试样性能不同对其变形后试样性能的影响,用同一位置上变形后试样拉伸强度与原始铸态试样拉伸强度之差!b来表示变形对原始铸态组织拉伸性能的改善,从而得到变形对铸态试样拉伸强度影响(!b- 关系曲线,如图2所示。由图2可知强度增量随温度变化的主要原因是在相同的变形程度下,随着变形温度的升高,晶粒有长大的趋势。此外,试样在低温(200,240 下变形,当 达到2.07时,开始出现细小的再结晶组织,此时既有形变强化,又有细晶强化,故强度提高较明显;当 达到2.65时整个组织为5m的细晶组

11、织,此时强度略有下降。而在高温(270,300 下主要发生的是动态再结晶,绝大部分为再结晶晶粒,300 下则全为再结晶组织,此时晶粒较低温变形时大,故强度上升较少。即变形所引起的动态再结晶只发生在一定的应变范围内,当变形超过该值后,则进入晶粒长大阶段。从而出现随变形程度增大,抗拉强度增量不再升高反而有下降的趋势5。2.2AZ31镁合金挤压二次变形对材料性能影响二次变形是在镦粗后进行的继续变形,二次变形后的抗拉强度与一次变形(镦粗后相比,均有不同程度的增长。在各个不同的温度下,抗拉强度均有一峰值,该值出现在变形量为2.08附近。对此可以认为,在二次变形的初期,由于加热使一次变形的部分晶粒64!新

12、技术新工艺热加工工艺技术与材料研究 2008年 第4期重新长大,消弱了变形强化的效果;而此后随着变形程度增大,将使原有组织进一步细化,强度提高6。变形前后显微组织如图3所示。a变形前 b变形后图3 变形前后显微组织在变形温度为240 ,变形量为1.79时,以及变形温度在300 ,变形量为2.08时,抗拉强度增幅明显,最高达到390MPa。可见通过二次变形,可以提高AZ31合金的强度。同时随着变形程度的增加,晶粒尺寸减小,组织变得更均匀。由于晶粒越细,单位体积内的晶界面积就越大,对位错运动的阻力也越大,因而使得其强度提高。2 3 冷却方式的不同对AZ31合金的性能影响变形的程度和变形冷却的强度对

13、AZ31合金性能也有很大影响7,在变形大的成型过程中,由于晶粒的破损严重,所以在加工成型后的晶粒尺寸也相对更小,材料的强度也更高。如果在相同的变形条件下,采用水冷和空冷2种冷却方式,我们会发现水冷的AZ31合金的强度比空冷的合金强度要高,这主要是因为在挤压变形的过程中晶粒破碎严重,产生了大量的孪晶,使合金的变形抗力加大从而提高了合金强度。但是,在高温下的动态回复再结晶和回复再结晶的速度直接影响了最终产品的性能,水冷的方式中AZ31最终含有大量的孪晶,而空冷的方式中由于冷却时间长,所以合金有足够的时间来回复再结晶,晶体孪晶的数目明显少于水冷时。所以相同条件下水冷的最终变形制品的强度更高。3 试验

14、结论近些年来国内外的许多学者对影响AZ31成型性能的因素做了许多有意义的尝试,如在模具温度一定条件下(300 ,AZ31初始晶粒略大时,挤压过程的温度越低,成型合金的晶粒越细小,反之则晶粒越粗大。而当初始晶粒的尺寸较小时,相同条件下挤压温度的变化所产生的最终性能差异不明显,在这种条件下挤压比越大晶粒越容易长大。从AZ31的塑性图可知在350400 时合金的塑性最好,但是AZ31合金对挤压速度的影响也十分敏感,如果挤压速度过快,合金的表面会出现麻点,内部不均匀等缺陷。合理调整挤压口挤出的速度,可以很好控制AZ31合金长度方向上的组织性能,实现精密成型。此外,与普通镁合金相比,稀土镁合金经固溶强化

15、热处理后具有更高的物理、化学性能和使用性能。4 结语综上所述,我们可以通过调整AZ31镁合金变形过程的参数来达到强化合金性能的目的,同时也可以改变变形的工艺步骤,冷却方式,表面处理或者合金本身的成份来增强合金最终制品的组织性能。通过不断地摸索2种方式相结合的方式提高镁合金组织性能已经得到初步的应用,使几种方式相结合的办法改善AZ31的性能已经成为可能,有理由相信,随着镁合金加工,连接技术,表面处理技术的不断完善,在不久的将来镁合金必然会得到越来越广泛的应用。参考文献1Westengen H K.M ag nesium die casting:fo rm ingots to au tomotiv

16、 e partsJ.L ight M etal Age,2000,58(3 4:44 52. 2Dwain M,M agers A.G lobal review o f mag nesium parts in automobilesJ.Light M etal Age,1996.54(9 10:60 63. 3Luo A,Pekguler yuz M O.Review cast magnesium alloys fo r elevated temperature applicationsJ.Journal o f M aterials Sci ence,1994,29(20:5259 5271

17、.4Avedesian M,Baker H.A SM Specialty H and book Magnesi um and M ag nesium A lloy sM.USA:AS M nternational,1999.5张星,张治民,李保成.温变形对AZ31镁合金组织的影响J.塑性工程学报,2004(3:52 54.6曹亚强,张治民,王强.A Z31镁合金多次变形工艺及其在镁合金轮毂成型上的应用J.铸造锻压,2006(9.7柳瑞青,蔡微,饶克.冷却强度及变形强度对挤压AZ31镁合金组织性能的影响J.铸造锻压,2007(1.作者简介:席鹏翀(1981 ,男,河北石家庄人,硕士研究生,主要从

18、事镁,铝合金等有色轻金属材料组织性能,及成型工艺的研究。收稿日期:2007年11月9日责任编辑 王亚昆65!新技术新工艺热加工工艺技术与材料研究 2008年 第4期C oncentr ation T est of R iveting C om pone ntsW ANG Zhaox ia1,2,ZHA NG Weimin1,YUA N Junjie1(1.School of M echanical and Vehicular Engineer ing,Beijing Institute of Technology,Beijing100081,China;2.Beiji ng Dwell Pet

19、roleum& Gas Technology Development Company L td,Beijing100085,Chi naA bstract:The metal magnetic memory(M MMeffect and surface weak mag netic field changes caused by riveting and tension loading process were studied under geomagneti c circumstance around the rivet holes.T he magnetic signals cha

20、nges at the stress concentra tion(SCzone and local plastic deformation position were analyzed during the load increasing process.T he MM M testing method for riveting components sug gested by the ex periment results was pro posed and discussed.Key words:NDT,M etal magnetic memo ry,rivetingS tudy of

21、Properties of Nan om eter C e ram ics C oatings Base d A l2O3by Therm o C hem ical Re action on Magnesium A lloy MA Zhuang,LV Wentao,SHI Haifang,LI Zhichao(Dept.of Material,Liaoning Technical U niversity,Fuxin123000,China A bstract:In this paper,the nanometer ceramics coatings based Al2O3by using th

22、ermo chemical reaction on the surface of MB2 magnesium alloy are prepared.T he corrosion resistance is primari ly studied.T he phase structure of coatings i s analyzed by XRD and thermal shock resistance is tested.At last,the results indicate that the aci d fastness and saline tolerance can enhance1

23、3.4and 13.7times.The thermal shock resistance of coatings can reach to 30times.T he new phases such as M gM nSiO4,Al2SiO5, Mg2SiO4and ZnAl2O4are found in coating s.Key w ords:magnesium alloy,thermo chemical reaction,corrosion resistanceEffect of D eform ation on the S tructu re Propert y of A Z31 M

24、agnesiu m AlloyXI Pengchong,W A NG Qiang,ZHANG Zhimin(Mater i al Sci ence and Engineering College,North U niversity of China,Taiyuan 030051,ChinaA bstract:By means of adjusting the parameters of AZ31magnesi um alloy deformati on,its performance can be increased.At the same time we also can change th

25、e defo rmable process,coo ling down method,surface treatment and composition of alloy to en hance the performance of magnesium allo y.N ow the method is u sing widely step by step.It is possible for improving the perform ance of AZ31by the linkage of the several methods.Key words:AZ31,magnesium,plas

26、tic formA bsor ber for Mid and Mini scale Boile r in Desulfu rization LI Zhen,FANG Ying(College Of Materials Science and Engi neer ing,Nanji ng University of Technology,Nanjing210009,Chi naA bstract:The paper introduces the absorbers in desulfurization for mid and mini scale boiler.Some parameters o

27、f abso rbers operation are ex plained.Any the existed problems in appli cation are ex poun ded.Finally the prospects are put forw ard.Key words:absorber;limestone gypsum desulfurization;FGDR esear ch on F uz zy Equivale nt C orrosion D am age of A ir craft Str uctur eXU Wei1,JIN Pin2,ZHA NG Ding1,CH

28、ENG Wen1(1.Post graduate Team,Qingdao Branch,Naval A eronautical Engineering Institute,Qingdao266041,China2.Q ingdao Branch,Naval Aero nautical Engineer ing Institute,Qingdao266041,ChinaA bstract:The corrosion damage of aircraft structure has random ness and fuzziness,a new method is proposed to ex

29、press corrosion damag e by fuzzy equivalent corrosion damage.According to corro sion damage distribution law,cumulative distribution law of corro sion damage is conducted by four membership functions of fuzzy e quivalent corrosion damage.Considering the results of analyzing pre corrosive fatigue tes

30、t,it shows that all of the four membership functions are good agreement with corrosion damage distr ibution law,membership function of normal school is comparatively excel lent.Key w ords:fuzzy set,corrosion damag e,membership functionMech anical P rop erties of Plasma Sprayed Hydroxyapatite/ ZrO2C

31、omposite C oatingsWU Yongzhi,L I Zhuoxin,LI Hong,L I Hui(Beijing University of Technology,Beijing100124,ChinaAbstract:H ydroxyapatite(HAcoating on T i 6Al 4V alloy is a common implant used in orthopedics applications.To bridge the gap in plasma sprayed HA coatings having low bond streng th, HA/ZrO2c

32、omposite coatings were developed in this study.A comparison is made between two different kinds of composite feed stock,namely H A and ZrO2in the ratio of90:10wt%and70:30 wt%,respecti vely.Composite powders in the size rang e of75 106um were prepared by the mixing method.T he powder was de posited o

33、nto T i 6Al 4V substrate by means of M etco9M plasma spray systems equipped with M otoman NX100robot.T he me chanical properties of the individual layers were tested usi ng the tensile adhesion test(ISO13779 4:2002.The surface morpholo gy and microstructure of the composite layers were examined by a

34、 back scattered scanning electron microscope.The phase composi ti on and crystallinity were determined by an X ray diffractometer. T he investigation shows that the as sprayed coating of the individ ual layers possesses unmelted particles.In other words,the more unmelted particles coating is in the

35、ratio of70:30wt%.T he ten sile adhesion test revealed a more hig her bond strength fo r the composite coatings compared to that for pure HA coatings.Key w ords:hydroxyapatite,plasma spray i ng parameters,bond strength,composite coating sDe velop ment and A pplications of C athodic V acu um A rc De p

36、ositionFAN Yong(Saic M oto r Passenger Vehicle Co,Manufacture Engi neering Dept,Shanghai201804,ChinaAbstract:T he principle and type of cathodic vacuum arc,the gen eration of macropaticle and the filter are described.The descrip ti ons of system coefficient,the factors of plasma transmission and the

37、 applications of cathodic vacuum arc deposition are analyzed emphasize.Key w ords:cathodic vacuum arc,magnetic filter,system coeffi cient,the plasma transmissionThe Stu dy of DM E S pray C haracte risticsM A Aibing1,LIU jianjiang2(1.M echanical Engineering Depart ment,Baotou Vocational&Technical Colleg e,Baotou014030,Chi na;2.Inner Mongolia U niversity of Technology,Hohhot010051, ChinaAbstract:In this paper,the spray penetration and atomizer charac teristics of di esel and Dimethyl Ether(DM Ewere calculated and discussed,and the in