擠壓工藝高強韌稀土鎂合金組織性能關(guān)系分析研究畢業(yè)論文

1、 .PAGE33 / NUMPAGES33摘 要由于AZ31鎂合金是密排六方晶體結(jié)構(gòu)，滑移系少，室溫下塑性較差，目前人們主要通過細化晶粒來提高其強度和塑性。開發(fā)新的高性能鎂合金系列是目前研究的主要趨勢，但對現(xiàn)有鎂合金系統(tǒng)進行適當(dāng)?shù)墓に囂幚硪部赡艹蔀楦纳撇牧闲阅艿牧畠r而有效的方式。由于低溫塑性變形過程中容易導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生，加之鎂合金塑性較差，因此有關(guān)鎂合金在低溫情況下變形的研究很少。為此，本文研究了室溫下AZ31鎂合金線材的拉拔工藝，并獲得了超過60%的最大累積冷變形程度。之后對不同冷變形程度的線材進行了不同工藝的再結(jié)晶退火處理。采用金相顯微鏡（OM）對各種退火線材進行了微觀組織觀察，截線法測定

2、了其晶粒尺寸，獲得了退火工藝與再結(jié)晶晶粒尺寸的關(guān)系。采用Instron5567對不同工藝下的線材進行了室溫拉伸試驗，測定了其力學(xué)性能。關(guān)鍵詞: 鎂合金，冷拉拔，再結(jié)晶退火，顯微組織，力學(xué)性能AbstractBecause of the hexagonal closed packed (HCP) crystal structure and lack of enough slip systems, AZ31magnesium alloy possesses poor formability at room temperature. Grain refinement is known to be a

3、n effective method to improve the poor mechanical properties in recent years. Now, the important fields about magnesium alloy are to explore some new magnesium with high properties. But appropriate processing treatment with magnesium is probably to be an effective and low-cost method of improving th

4、eir properties. Crack can easily appears at low temperatures,which leads to poor properties of magnesium, thus research on magnesium at low temperatures is very few. In this paper, studyoncold drawing at room temperature and annealing process at various temperatures of AZ31 magnesium alloy were carr

5、ied out. Effects of annealing process on grain refinement of AZ31 magnesium alloy were analyzed in this paper. Tension test was applied on various-processed AZ31 Mg alloy wires using Instron5567 tension machine.Keywords：AZ31 magnesium alloys, cold drawing, annealing, microstructure, mechanical prope

6、rties.目錄摘要 = 1 * ROMAN I TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc280710012Abstract PAGEREF _Toc280710012 h IIHYPERLINK l _Toc280710013第1章 緒論 PAGEREF _Toc280710013 h 5HYPERLINK l _Toc2807100141.1 設(shè)計的目的與意義 PAGEREF _Toc280710014 h 5HYPERLINK l _Toc2807100151.2 論文綜述 PAGEREF _Toc280710015 h 5HYPERLINK l _Toc2807

7、100161.2.1 引言 PAGEREF _Toc280710016 h 5HYPERLINK l _Toc2807100171.2.2 稀土的特性 PAGEREF _Toc280710017 h 6HYPERLINK l _Toc2807100181.2.3 稀土在變形鎂合金中的應(yīng)用 PAGEREF _Toc280710018 h 7HYPERLINK l _Toc2807100191.2.4 塑性變形強化鎂合金（擠壓） PAGEREF _Toc280710019 h 7HYPERLINK l _Toc2807100201.3 實驗容、技術(shù)要求（研究方法） PAGEREF _Toc2807

8、10020 h 9HYPERLINK l _Toc2807100211.4 設(shè)計進度安排 PAGEREF _Toc280710021 h 9HYPERLINK l _Toc2807100221.5 本章總結(jié) PAGEREF _Toc280710022 h 10HYPERLINK l _Toc280710023第2章 實驗材料與試驗方法 PAGEREF _Toc280710023 h 11HYPERLINK l _Toc2807100242.1 實驗材料 PAGEREF _Toc280710024 h 11HYPERLINK l _Toc2807100252.2 試驗與檢測設(shè)備 PAGEREF

9、_Toc280710025 h 11HYPERLINK l _Toc2807100262.2.1 熱處理實驗 PAGEREF _Toc280710026 h 11HYPERLINK l _Toc2807100272.2.2 力學(xué)拉伸實驗 PAGEREF _Toc280710027 h 11HYPERLINK l _Toc2807100282.2.3 實驗與檢測設(shè)備 PAGEREF _Toc280710028 h 12HYPERLINK l _Toc2807100292.2.4 金相觀察 PAGEREF _Toc280710029 h 12HYPERLINK l _Toc2807100302.3

10、 本章總結(jié) PAGEREF _Toc280710030 h 12HYPERLINK l _Toc280710031第3章 擠壓態(tài)MB26鎂合金熱處理組織與性能研究 PAGEREF _Toc280710031 h 13HYPERLINK l _Toc2807100323.1 熱處理實驗方案制定 PAGEREF _Toc280710032 h 13HYPERLINK l _Toc2807100333.2 不同熱處理試樣常溫力學(xué)性能實驗 PAGEREF _Toc280710033 h 14HYPERLINK l _Toc2807100343.3 不同熱處理條件下MB26鎂合金組織分析 PAGEREF

11、 _Toc280710034 h 15HYPERLINK l _Toc2807100353.3.1 鑄態(tài)組織與原始擠壓態(tài)組織對比 PAGEREF _Toc280710035 h 15HYPERLINK l _Toc2807100363.3.2 固溶處理后組織與性能分析 PAGEREF _Toc280710036 h 16HYPERLINK l _Toc2807100373.3.3 固溶+時效處理后組織與性能分析 PAGEREF _Toc280710037 h 18HYPERLINK l _Toc2807100383.3.4 時效處理后組織與性能分析 PAGEREF _Toc280710038

12、h 20HYPERLINK l _Toc2807100393.4 鍛件時效組織與性能研究 PAGEREF _Toc280710039 h 24HYPERLINK l _Toc2807100403.5 本章總結(jié) PAGEREF _Toc280710040 h 26HYPERLINK l _Toc280710041第4章 結(jié)論 PAGEREF _Toc280710041 h 27HYPERLINK l _Toc280710042致 PAGEREF _Toc280710042 h 28HYPERLINK l _Toc280710043參考文獻 PAGEREF _Toc280710043 h 29千萬

13、不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。在目錄上點右鍵“更新域”，然后“更新整個目錄”。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行緒論設(shè)計的目的與意義高強韌稀土鎂合金是目前鎂合金研究熱點，但擠壓工藝對于高強韌稀土鎂合金的組織和性能的影響以與稀土鎂合金在擠壓工藝過程中的相變等問題研究較少，本課題主要針對擠壓過程對稀土鎂合金的組織演化和機械性能的影響而展開，獲得高強度鎂合金。論文綜述引言隨著世界各國對能源消耗和環(huán)境保護的要求越來越嚴(yán)格，汽車等燃油交通運輸工具的輕量化已成為必然趨勢。因此，鎂合金以其低密度和高的力學(xué)性能等特點而越來越受到關(guān)注。但是,與目前已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用的鋼鐵和鋁合金材

14、料相比,鎂合金的室溫與高溫力學(xué)性能仍較低,開發(fā)和應(yīng)用程度還遠遠不夠。鎂合金雖然具有諸如較低密度、高的比強度和比剛度，好的抗磁性、高的電負性和導(dǎo)熱性，但是由于其在常溫下強度較低，且隨著環(huán)境溫度的升高其強度大幅度下降。目前普通鎂合金強度偏低、耐熱耐蝕等性能較差仍然是制約鎂合金大規(guī)模應(yīng)用的瓶頸問題。而稀土元素具有獨特的核外電子排布，在冶金、材料領(lǐng)域中有其獨特的作用。它可以凈化合金溶液、改善合金組織、提高合金室溫與高溫力學(xué)性能、增強合金耐蝕性能等，被譽為“工業(yè)味精”。近年來采用添加不同的稀土元素和針對材料性能的不同要求開發(fā)了一系列含稀土的高強、耐熱、抗蠕變、阻燃等稀土鎂合金，稀土作為主要的合金元素或者

15、微合金元素在鎂合金研究領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。稀土的特性稀土元素位于元素周期表第三副族,其結(jié)構(gòu)特點是原子的最外層電子結(jié)構(gòu)一樣,都是2個電子,次外層電子結(jié)構(gòu)相似,倒數(shù)第三層4f 軌道上的電子數(shù)從014 各不一樣。稀土原子半徑大,極易失掉外層兩個S電子和次外層5d一個電子或4f 層一個電子而成3價離子,某些稀土元素也能呈2價或4價態(tài),具有很高的化學(xué)活性,與O、S等元素有較強的結(jié)合力。稀土在鎂合金中的合金成分設(shè)計主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）稀土元素與鎂合金均為密排六方結(jié)構(gòu)，因而稀土元素在鎂合金中具有較大的溶解度，幾乎所有的稀土元素均對-Mg基體有較好的固溶強化作用。（2）大部分稀土元素的原子半徑

16、與鎂合金的原子半徑之差在15%圍，如圖1所示。大部分稀土元素可在鎂合金中形成無限固溶體。稀土元素可增強鎂合金原子間結(jié)合力，減少原子擴散速度。圖1 稀土原子半徑與鎂原子半徑比較（3）根據(jù)Darken-Gurry理論，溶質(zhì)元素與溶劑元素的電負性之差大于0.4時，不易形成固溶體，而大部分稀土元素與鎂的電負性之差均在小于0.4，易于形成固溶體。（4）原子價相差越大，則溶質(zhì)在溶劑中的溶解度越小。稀土在變形鎂合金中的應(yīng)用變形鎂合金因組織細密、成分均勻、強度和延伸率高而具有更大的開發(fā)應(yīng)用潛力,但是,受到加工能力差的影響,其開發(fā)程度還很不夠。目前,國外已經(jīng)開發(fā)出來的變形鎂合金數(shù)量不多,得到應(yīng)用的更是只有AZ3

17、1和ZK60等幾個品種,變形溫度均在300以上,并且強度水平有限,屈服強度和抗拉強度一般分別低于200MPa和300MPa ,國產(chǎn)最好的變形鎂合金經(jīng)熱處理強化后其強度也只能達到360MPa左右,使用溫度多在200以下?，F(xiàn)有的變形鎂合金尚不能滿足對鎂合金高性能的要求，因此開發(fā)更好性能的變形鎂合金適應(yīng)產(chǎn)品零件設(shè)計和加工要當(dāng)下要解決的主要問題。近年來，隨著對稀土鎂合金研究的重視，越來越多的學(xué)者開始認識到在鎂合金中添加稀土元素可以大幅度的提高鎂合金的強度、耐熱和抗蠕變性能。 目前我國主要的幾個稀土變形鎂合金均是在Mg-Mn和Mg-Zn系變形鎂合金基礎(chǔ)上通過添加稀土元素而研發(fā)的，主要有MB8、MB18、

18、MB21、MB22、MB25、MB26。MB26為在Mg-Zn 系變形鎂合金MB15 的基礎(chǔ)上添加富釔混合稀土開發(fā)出來的高強度變形鎂合金,它較MB15具有更好的超塑性變形能力,最大延伸率達到1450%以上,流變應(yīng)力僅為11MPa ,而且最佳超塑性溫度提高了100K左右。MB26鍛件的抗拉強度為360Mpa，屈服強度為300 Mpa，延伸率10%以上。國主要的稀土變形鎂合金主要是以稀土為微量元素加入，以期改變合金凝固組織結(jié)構(gòu)與相成分、提高室溫和高溫力學(xué)性能或改善變形加工能力等目的,并已取得了一些可喜的成果。塑性變形強化鎂合金（擠壓）擠壓速度、擠壓溫度和擠壓比是鎂合金擠壓工藝的重要工藝參數(shù),通過控

19、制這些工藝參數(shù)可以獲得理想的組織性能和生產(chǎn)率。鎂合金擠壓工藝的最大問題在于擠壓速度,它極影響了鎂合金擠壓制品的價格。擠壓加工不同于其他加工方法，其變形過程在近似封閉的工具進行，材料在變形過程中承受很高的靜水壓力，有利于消除鑄錠中的氣孔、疏松和縮孔等缺陷，提高材料的可成形性，使材料在一次成形過程中能承受較大的變形量，從而改善產(chǎn)品的性能。盡管現(xiàn)在人們已成功的制備出了很多規(guī)格型號的鎂合金擠壓產(chǎn)品，包括不同型號的板、管、棒、型材。但目前國外對鎂合金擠壓變形工藝的研究還處于起步階段。從文獻來看，目前的工作主要集中在實驗研究，系統(tǒng)的理論報道較少。制定合理的擠壓工藝是鎂合金擠壓變形研究的重要容。理工大學(xué)的峰

20、等對擠壓后的AZ91鎂合金進行T5處理后其室溫抗拉輕度、屈服強度、延伸率分別為390Mpa、340 Mpa和9%，即便在200下，其抗拉強度、屈服強度和延伸率分別為250、190和24%。其原因為：擠壓后得到等軸的動態(tài)再結(jié)晶細小的晶粒組織，在經(jīng)過T5處理后，沉淀強化起主要作用。T. Homma,N. Kunito and S. Kamado 對錠坯進行熱擠壓和時效處理，獲得高強度的Mg1.8Gd1.8Y0.7Zn0.2Zr合金，結(jié)果表明：該合金室溫抗拉強度為542MPa，延伸率為8.0%，屈服強度為473MPa.高的強度主要是由于時效和動態(tài)沉淀過程中細小的沉淀相在動態(tài)再結(jié)晶晶粒的晶界上析出，阻

21、礙了位錯等的運動。同時這些析出相也也增強了壓縮強度，改善了鎂合金的屈服對稱性。C.M.Zhang,X.Hui采用新的合金設(shè)計成分，研制出的Mg90(Cu0.667Y0.333)10 xZnx(x=6)合金具有較高的壓縮強度，最終壓縮強度為700MPa，延伸率為11.7%。認為其主要原因為在鎂基上有細小的-Mg樹枝狀晶核二元共晶相(-Mg+Cu2Mg+ CuMgZn)的形成。國如、王順成等研究了AZ91 鎂合金鑄錠以擠壓比為251擠壓后的組織和性能，結(jié)果表明：擠壓AZ91 鎂合金具有較細的晶粒組織,第二相Mg17Al12被破碎,其分布變得彌散,個別呈流線分布;擠壓AZ91 鎂合金比鑄造AZ91

22、鎂合金的力學(xué)性能有較大提高,其屈服強度為210 MPa ,抗拉強度為355 MPa ,伸長率為18 %。第二相Mg17Al12對鎂合金的性能具有重要影響。徐春杰,郭學(xué)鋒等將鑄態(tài)Mg92. 5 Zn6. 4 Y1. 1鎂合金往復(fù)擠壓2 ,4 ,8 ,12 不同道次,然后分別正擠壓制成12mm 的棒材，研究表明:鑄態(tài)Mg92. 5 Zn6. 4 Y1. 1 鎂合金往復(fù)擠壓后,組織得到顯著細化,力學(xué)性能得到大幅度提高,獲得了高強韌鎂合金。2道次后,晶粒約5m ,拉伸強度超過300MPa ,伸長率高達20 %。Mg92. 5 Zn6. 4 Y1. 1鎂合金的伸長率大幅度提高歸因于在往復(fù)擠壓過程中,鑄態(tài)

23、組織中的縮松、縮孔等缺陷閉合和成分偏析非均勻相的分布均勻化,以與晶粒的破碎、回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶所引起的晶粒細化與材料的流動,最終獲得完全致密、細小而均勻的等軸晶組織。Y. Uematsua, K. Tokaji a, M. Matsumotob研究了兩種擠壓后的變形鎂合金AZ61和AZ80時效處理之后的性能變化，AZ61經(jīng)過T6其抗拉強度分別為294 MPa，AZ80經(jīng)過T5處理后其抗拉強度為393 MPa，他們的延伸率分別為15%和12%。認為主要原因為在不同的時效處理工藝析出的沉淀相的密度不同，密度大導(dǎo)致強度升高。P. Perez , S. Gonzalez研究了擠壓態(tài)鎂合金Mg96Ni2Y

24、1RE，發(fā)現(xiàn)其在200以下均具有較高的強度，從室溫到200，屈服強度分別為295 MPa和210 MPa，并且該合金在高溫時具有超塑性性能，最大延伸率可達到720%。S.M. Hea, X.Q. Zenga研究了一系列的Mg10Gd2Y0.5Zr鎂合金，包括鑄態(tài)，鑄態(tài)T4、鑄態(tài)T6和擠壓態(tài)T5，探討了不同工藝狀態(tài)下的鎂合金強化機理，表明熱擠壓可以獲得較細小的晶粒組織，在鑄態(tài)T6工藝和擠壓T5狀態(tài)下獲得的材料的抗拉強度 屈服強度和延伸率分別為：360Mpa、239MPa和4.7%和403Mpa、311Mpa和15.3%。認為不管是那種工藝狀態(tài)下的合金，沉淀強化是合金強化的主要原因，熱擠壓后的晶界

25、強化也起到一定的作用。實驗容、技術(shù)要求（研究方法）（改！ 這么寫不行）通過畢業(yè)設(shè)計，采用金相顯微鏡分析擠壓工藝過程對高強韌稀土鎂合金的組織的演變規(guī)律，利用拉伸試驗設(shè)備分析擠壓后稀土鎂合金的機械性能，獲得擠壓工藝對MB26鎂合金組織和性能的影響規(guī)律。設(shè)計進度安排（刪）第一階段：開題 10月11日10月22日（2周），10月22日開題報告；第二階段：設(shè)計階段 10月25日12月10日（7周）；第三階段：撰寫畢業(yè)設(shè)計論文與準(zhǔn)備答辯 12月13日12月24日（2周）；畢業(yè)答辯 2010年12月29日12月30日。本章總結(jié) 本章主要介紹研究課題的容與意義，同時做好了課題設(shè)計的進度安排，為深入的研究做好了

26、充分的準(zhǔn)備。實驗材料與試驗方法實驗材料本文通過室溫擠壓變形對目前應(yīng)用最廣泛的MB26鎂合金進行了較系統(tǒng)的工藝探索，希望通過不同形式的擠壓觀察稀土鎂合金部組織性能變化。得到綜合性能良好的鎂合金。實驗材料的化學(xué)成分和力學(xué)性能如表2-1和表2-2。 表2-1 實驗用AZ31鎂合金的化學(xué)成分（%）AlZnMnFeSiCuNiCaMg 2.76080.82950.00310.00480.00900.00030.00010.0484Bal. 表2-2 實驗用材料力學(xué)性能絲材直徑/mm抗拉強度/MPa屈服強度/MPa延伸率/%擠壓比2.02801551464試驗與檢測設(shè)備熱處理實驗利用恒溫箱和電阻爐對試樣進

27、行時效和固溶熱處理，溫度精度為正負1。具體方法為，加熱恒溫箱到指定溫度，放入熱處理試樣，當(dāng)溫度再一次穩(wěn)定在目標(biāo)溫度時，開始計時，實驗結(jié)束后，取出試樣，空冷。力學(xué)拉伸實驗試樣坯料尺寸為11115，在100的擠壓棒材上用電火花加工沿縱向切取。經(jīng)熱處理后按GB/T 16865-1997加工，如圖2-1所示，拉伸段用金相砂紙磨光。試驗在Instron 5569萬能材料試驗機上進行，室溫拉伸，夾持25mm引伸計，拉伸速率1mm/min。每組取3個工藝參數(shù)一樣的試樣進行試驗，結(jié)果取其平均值。圖2-1 拉伸試樣實驗與檢測設(shè)備拉拔設(shè)備是由一個三相異步電動機組裝成的簡易設(shè)備。電動機由躍進電機廠生產(chǎn)，型號Y100

28、L1-4，額定功率2.2Kw，采用380V交流電源，線圈的額定轉(zhuǎn)速為1.8mm/s，額定轉(zhuǎn)數(shù)1440r/min，額定頻率50HZ。用于觀察照相金相顯微鏡的型號為Hitachi-S4700型掃描電子顯微鏡，與美國FEI掃描電子顯微鏡進行觀察。掃描電子顯微鏡的加速電壓為20KV金相觀察將處理好的式樣，用牙托粉鑲嵌，經(jīng)過粗磨、細磨、拋光進行腐蝕，試樣浸蝕按GB/T 4296-2004(采用2號浸蝕劑)。用脫脂棉蘸浸蝕劑輕輕擦拭試樣15-20s，然后用酒精棉迅速擦凈，吹干。金相拍攝在OLYMPUS GX51金相顯微鏡上進行。本章總結(jié)本章主要介紹了實驗材料與實驗設(shè)備，為接下來的分析、研究工作提供硬件支持

29、。擠壓態(tài)MB26鎂合金熱處理組織與性能研究熱處理實驗方案制定（太少，加點東西如引言什么的）表3-1所示的為MB26鎂合金熱處理實驗方案。表3-1 熱處理對比試驗方案工藝號熱處理類型固溶溫度/固溶時間/h時效溫度/時效時間/h1#T5160102#173#244#17085#106#127#18088#109#1217#1651118#1419#1720#2010#T4400811#420412#613#465314#510215#T640081701016#420617010MB26鎂合金是在MB15鎂合金基礎(chǔ)上添加富釔稀土元素而成，因此，可以在一定程度上參考MB15的熱處理工藝。加入的富釔稀

30、土元素，在Mg-Zn合金中形成高稀土含量的Mg-Zn-RE三元相，具有推遲時效的作用35。因此，MB26合金的保溫時間應(yīng)在MB15合金的基礎(chǔ)上適當(dāng)延長。根據(jù)MB15現(xiàn)有資料，確定了MB26鎂合金熱處理對比試驗方案。其中，T6處理中的固溶工藝參數(shù)是在對比T4試驗結(jié)果后確定的，人工時效工藝參數(shù)是在對比T5試驗結(jié)果后確定的。為對比熱處理的效果，取一組原始擠壓態(tài)的試樣進行同樣的拉伸試驗和金相觀察，此組試樣工藝號編為0#36-38。不同熱處理試樣常溫力學(xué)性能實驗對經(jīng)過不同熱處理的式樣，進行拉伸實驗研究，得到的結(jié)果表3-2所示。表3-2 拉伸試驗結(jié)果工藝號工藝狀態(tài)溫度時間（h）b/Mpas/Mpa/%0#

31、熱擠332.5 291.6 7.32 1#T516010313.7 276.5 5.15 2#17324.4 286.0 5.06 3#24299.0 256.2 5.39 4#1708322.4 281.2 7.11 5#10343.0 303.2 14.55 6#12338.6 298.8 14.00 7#1808304.7 259.9 5.62 8#10305.4 250.2 -9#12308.6 258.7 4.39 17#16511308.4239.54.1418#14344.5289.57.719#17355.2298.210.720#20324.9258.55.310#T4400

32、8331.4 285.9 11.26 11#4204321.1 263.2 10.34 12#6318.1 253.1 13.29 13#4653305.7 229.6 15.19 14#5102285.8 190.9 24.25 15#T6400+1708+10335.8 294.4 11.78 16#420+1706+10319.3 262.9 15.16 通過拉伸試驗測得鑄態(tài)MB26鎂合金室溫拉伸強度低于230MPa，而本文試驗得到的原始擠壓態(tài)拉伸強度達到332.5MPa，說明熱擠壓顯著提高了鎂合金的強度。 (1)在強度和延伸率上均超過擠壓態(tài)的只有T5一種熱處理狀態(tài)，最佳處理溫度為165

33、，較佳保溫時間為17h。(2)經(jīng)過固溶處理的狀態(tài)，強度指標(biāo)均下降，同時塑性均得到提高?；疽?guī)律是：隨著固溶溫度的提高，強度不斷下降，而塑性不斷提高。(3)固溶后所進行的人工時效處理，強化效果并不明顯，不如直接人工時效處理，但是塑性有較大改善。不同熱處理條件下MB26鎂合金組織分析鑄態(tài)組織與原始擠壓態(tài)組織對比對原始鑄態(tài)和擠壓態(tài)的鎂合金，進行金相組織對比，如圖3-1為MB26鎂合金鑄態(tài)和擠壓態(tài)金相顯微組織。由圖可見，經(jīng)過擠壓變形后，由原始的鑄態(tài)組織形貌轉(zhuǎn)變?yōu)檠剌S向伸長的擠壓狀纖維組織。熱擠壓徹底粉碎了MB26合金鑄態(tài)組織中連續(xù)分布的晶界網(wǎng)狀共晶相，并使-Mg基體的等軸晶粒沿擠壓方向拉長；金相中的“

34、亮區(qū)”為-Mg基體，“暗區(qū)”為-Mg基體與各種析出相的多相混合區(qū)。a)鑄態(tài)組織 b)原始擠壓態(tài)組織圖3-1 鑄態(tài)與原始擠壓態(tài)100組織對比由于擠壓溫度高于350，因此在擠壓過程中，鎂合金已經(jīng)發(fā)生了固溶過程，只是進行不是十分充分，故拉伸試樣的延伸率較高。此外，擠壓比為9的變形，不僅是晶粒伸長，具有方向性，同時也打碎了原有的粗大晶粒，產(chǎn)生了細小的破碎晶粒，提高了合金的強度。圖3-2為合金擠壓態(tài)高倍金相。從圖中可以看到，在原有的鑄態(tài)晶界處，會有很多細小的晶粒存在，這說明在鎂合金擠壓過程中發(fā)生了動態(tài)再結(jié)晶。圖3-2 擠壓態(tài)合金1000金相組織固溶處理后組織與性能分析根據(jù)實驗方案，進行了四組不同的固溶熱

35、處理研究，其力學(xué)性能如上文所述，可以看到，從拉伸強度上，經(jīng)過固溶的式樣相對于擠壓試樣，有明顯的下降。但是其延伸率有很大程度的提升，其中510保溫2小時的式樣更是達到了接近25%的延伸率。圖3-3為在這種固溶條件下的高倍金相照片。圖3-3 510保溫2小時1000金相照片 從圖片中可以看到相比于原始擠壓試樣，晶的析出物減少很多，這是通過固溶處理，溶進基體部造成的，另外，原始擠壓試樣中處于各個原始鑄態(tài)晶粒晶界處的細小晶粒，在高溫固溶的條件下，一些晶界消失，晶粒迅速長大。這兩個原因造成了，在該溫度下固溶，拉伸試樣的強度下降而延伸率大為提高。其他四個溫度固溶條件下的金相照片如圖3-4所示。a)4008

36、h b)4204hc)4206h d)4653h圖3-4 不同固溶方案下的金相照片從圖3-4顯示的照片中可以看到，在400進行8小時的固溶，其晶粒有長大的跡象，但是基體部的第二相強化相沒能很好的固溶到基體里，因此該種情況下的式樣，力學(xué)性能較強，而延伸率相對較小。對比4204小時和6小時的金相照片，可以看到，固溶進行到4小時，強化相部分融入基體，細小晶粒開始長大，當(dāng)?shù)?20時，第二相溶入更為充分。這也是其力學(xué)性能有一定差距的原因。對比4206小時與4653小時的金相照片，可以發(fā)現(xiàn)，兩者之間的差別不是很大，從力學(xué)拉伸實驗上也可以看到這點，兩者力學(xué)性能也很接近。這主要是由于，溫度的提高使得金屬活動更

37、為劇烈，因此只需要更短的時間就可以達到相應(yīng)的效果。通過分析，為了提高強度還確定用420保溫6小時和400保溫8小時的固溶方案作為與后續(xù)時效的方案進行T6實驗的參數(shù)。固溶+時效處理后組織與性能分析固溶和時效的實驗的研究，選擇合適參數(shù)，進行了固溶+時效的實驗，采用的是4008小時和4206小時兩種固溶方案，而時效采用的是17010小時的方案。圖3-5是固溶+人工時效處理的低倍金相，與前文時效和固溶的組織對比可知，T6態(tài)繼承了固溶處理所帶來的組織形貌，纖維組織被溶斷、再結(jié)晶晶粒長大。對比圖3-5中a)、b)，可見降低固溶溫度可以使晶粒長大程度得到一定抑制；但纖維組織仍被破壞。MB26鎂合金的時效強化

38、效果并不顯著，故在T6處理中，強度提高不是很明顯。a)4008h+17010h b)4206h+17010h圖3-5 不同固溶溫度的T6態(tài)200金相通過對不同固溶溫度和后續(xù)人工時效處理的影響進行對比發(fā)現(xiàn)，如圖3-6，提高固溶溫度，會加速第二相化合物的溶解和再結(jié)晶晶粒的長大，這有損合金的強度，但是卻增大了組織均勻化程度，會使得在后續(xù)的人工時效過程中，有更多數(shù)量的彌散質(zhì)點析出，增強了時效強化效果。但是，組織形態(tài)上的改變，仍然使得整體力學(xué)性能下降。a)4008h+17010hb)4206h+17010h圖3-6 不同固溶溫度的T6態(tài)1000金相時效處理后組織與性能分析通過拉伸實驗，已經(jīng)對通過時效會提

39、高材料的強度有一定認識，本論文進行了160、165、170和180四組不同溫度、不同時間段的時效處理，具體的拉伸強度情況如圖3-7所示。圖3-7 時效處理強度隨時間變化曲線 從圖中可以看到除了在180下做的實驗沒有達到峰值以外，其他三組實驗的峰值均在實驗所包括的圍以，而根據(jù)經(jīng)驗180時效峰值的出現(xiàn)應(yīng)比其他較低溫度下進行的實驗更早，因此180下的時效峰值，應(yīng)該在8小時以前，根據(jù)其他三組實驗推測，180的時效強化應(yīng)該在4-6小時之間出現(xiàn)峰值，且時效強化強度應(yīng)該在165的峰時效之下。因此根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可以得到，擠壓態(tài)的MB26鎂合金在165進行時效，其強度最高，而峰時效應(yīng)該在17小時左右出現(xiàn)。通過力學(xué)

40、實驗，可以初步判定在165和170下進行時效，得到的拉伸試樣強度較高。因此，將針對165和170下的金相組織進行分析。圖3-8為165下進行不同時常時效的金相照片。從圖中可以了解的，隨著時間的變化，其金相組織是如何變化的，對比圖a)和圖b)可以看到，在晶粒部第二線開始析出，并且分布均勻，這是由于在鍛造過程中存在一定的固溶條件有關(guān)，圖c)中可以看到，相對于時效進行14小時的情況，析出物繼續(xù)增加，這也是其力學(xué)強度上升的主要原因。而進行到20小時的時候，析出物相對于17小時的情況有所減少，因此，力學(xué)強度有所下降。同樣的情況也出現(xiàn)在170時效條件下。如圖4-10所示的是在170下進行時效實驗的金相照片

41、。從圖中可以了解到，當(dāng)時效進行10小時的時候，析出物最多，且強度更高，當(dāng)繼續(xù)到12小時時，析出物相對減少，強度降低。a)16511h b)16514hc)16511h d)16514h圖3-8165下500合金時效金相有研究表明，Mg-Zn系合金在時效達到峰值強化時，合金的實時效組織主要由棒狀-MgZn2過渡相組成，同時含有少量的平衡于基面的片狀過渡相-MgZn2相和平衡析出相-MgZn顆粒組成。因此，具有良好的同時在基面和棱面滑移系運動的能力。隨著時效時間的延長，棒狀析出物的數(shù)量減少，而其他兩相增多，因此強化效果下降。a)1708h b)17010hc)17012h圖3-9 165下1000

42、合金時效金相圖3-10 擠壓態(tài)組織掃描電鏡照片圖3-10為擠壓態(tài)鎂合金掃描電鏡的照片，圖片中顯示，黑色基體為-Mg，而亮色的區(qū)域即在金相照片中所示的黑色區(qū)域，是由多種Mg-Zn、Mg-Zn-Y合金相以與雜質(zhì)相組成。鍛件取樣經(jīng)過時效處熱處理前后的掃描照片如圖3-11以與圖3-12所示，可以看到經(jīng)過兩次鍛造成形，鍛件部已經(jīng)存在Mg-Zn相析出物，而隨著時效的進行，晶析出物明顯增多，并且析出物的分布均勻，這些微觀組織部的變化，會引起熱處理前后其宏觀力學(xué)性能的一些差異。圖3-11 熱處理前掃描照片圖3-12 熱處理后掃描照片鍛件時效組織與性能研究（刪）通過對擠壓態(tài)的MB26鎂合金進行各種熱處理制度下的

43、拉伸試驗和熱處理研究，可以了解到鍛后直接進行人工時效，是調(diào)整材料性能的最佳熱處理方式。因此，從合格鍛件上取樣，進行熱處理和拉伸實驗，研究經(jīng)過熱處理后最終鍛件的組織與性能。同樣取側(cè)枝和腹板兩處的材料，進行時效熱處理，失效后低倍組織如圖3-13所示。從圖中可以了看到，腹板處的組織仍沒有明確取向而側(cè)枝部的組織則保留著纖維狀的形貌。a)腹板處組織 b)側(cè)枝處組織圖3-13 鍛件熱處理后100組織通過對低倍組織的分析，可以了解到，時效處理并不會改變鍛件部晶粒的形貌，其對材料性能的改變主要體現(xiàn)在對強化相的析出與控制。圖3-14為側(cè)枝處熱處理前后的高倍組織對比照片，從圖中可以清楚的看到，經(jīng)過熱處理后的組織部

44、析出物有所增多，這是時效強化的結(jié)果。a)未經(jīng)熱處理鍛件腹板處組織 b)熱處理后鍛件腹板組織 圖3-14 熱處理前后鍛件1000組織通過分析，看到熱處理對鍛件部組織形貌沒有改變，而晶粒部則有所改變，這種改變帶來了宏觀力學(xué)性能上的一些差異，具體的拉伸實驗情況如表3-3所示。從表中可以了解到，熱處理較好地提高了材料的屈服強度，而對抗拉強度的提升有限。因此，熱處理實驗可以提升鍛件的力學(xué)性能，但效果不是十分明顯。表3-3 鍛件熱處理前后拉伸性能工藝狀態(tài)溫度()時間（h）b/Mpas/Mpa/%未熱處理-30022615熱處理16517304.7244.518.2本章總結(jié)本章通過觀察實驗現(xiàn)象、分析實驗數(shù)據(jù)

45、，對擠壓態(tài)MB26鎂合金組織與性能做了深入的研究。為推廣高強韌稀土鎂合金的應(yīng)用打下了堅實的基礎(chǔ)。結(jié)論本論文通過觀察實驗現(xiàn)象、分析實驗數(shù)據(jù)主要得出以下幾點結(jié)論。1.提高固溶溫度，會加速第二相化合物的溶解和再結(jié)晶晶粒的長大，這有損合金的強度，但是卻增大了組織均勻化程度，會使得在后續(xù)的人工時效過程中，有更多數(shù)量的彌散質(zhì)點析出，增強了時效強化效果。但是，組織形態(tài)上的改變，仍然使得整體力學(xué)性能下降。2.溫度的提高使得金屬活動更為劇烈。3.Mg-Zn系合金在時效達到峰值強化時，合金的實時效組織主要由棒狀-MgZn2過渡相組成，同時含有少量的平衡于基面的片狀過渡相-MgZn2相和平衡析出相-MgZn顆粒組成

46、。因此，具有良好的同時在基面和棱面滑移系運動的能力。隨著時效時間的延長，棒狀析出物的數(shù)量減少，而其他兩相增多，因此強化效果下降。4.熱處理較好地提高了材料的屈服強度，而對抗拉強度的提升有限。因此，熱處理實驗可以提升鍛件的力學(xué)性能，但效果不是十分明顯。致四年的學(xué)習(xí)時光，彈指一揮間。在學(xué)習(xí)的過程中，我學(xué)到了豐富的知識，更得到了友情、師生情。在良師益友、家人的無私支持和指導(dǎo)下，我走過了四年的求學(xué)道路。四年的學(xué)習(xí)，極豐富了我的人生，提升了我的價值，為我在以后的發(fā)展過程中增加了奠定了厚實的基礎(chǔ)。本論文是在修柱老師的指導(dǎo)下完成的。修柱老師的學(xué)識、嚴(yán)謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和樸素的生活作風(fēng)，為我樹立了學(xué)習(xí)的榜樣，同樣也是我終身的好導(dǎo)師也將在我的人生道路上一直鼓勵著我前進，在此對恩師表示由衷的意。在畢業(yè)設(shè)計過程中，還得到軍、麗麗和福民等幾位老師的熱情指導(dǎo)和幫助，在此一一表示感。在即將畢業(yè)之際，謹借此機會，向所有關(guān)心、支持我的老師、親人、同學(xué)和