铸轧AT31和AT33合金的再结晶行为和力学性能

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变形镁合金的优点在于其具有较高的成型能力和良好的力学性能。镁合金经过塑性加工后通常进行退火处理消除内应力以提高其韧性。大多数镁合金的再结晶温度较低,提高退火温度材料会发生晶粒长大,甚至发生二次再结晶,对材料的性能产生不利的影响。近年来,人们向合金中加入第二相来提高其晶界迁移的阻力。研究表明,合金元素形成的第二相能有效阻碍合金的再结晶过程,并阻碍晶粒长大,有效的提高合金的力学性能。Sn元素能与Mg基体形成Mg2Sn相,Mg2Sn具有硬度高,熔点高,且与基体有一定的共格关系。目前对于Sn元素对镁合金的再结晶组织和力学性能的研究和报道较少,且早期的观点认为合金元素Sn的添加会对镁合金的力学性能产生不利的影响。使深入研究含Sn镁合金的发展受到制约。本文针对合金化元素Sn,研究了铸轧AT31合金和AT33合金的再结晶过程,探索Sn元素对再结晶组织及力学性能的影响规律,根据再结晶动力学讨论了其再结晶的机制。主要研究成果如下:(1)铸轧AT31和AT33合金再结晶的组织:Sn元素的添加形成的Mg2Sn相具有显著的钉扎作用,有效的阻碍了铸轧AT33合金的晶粒的长大,并且提高了合金晶粒组织的均匀性;退火过程中析出的Mg2Sn相在较低的退火温度下表现为第二相的析出,较高的温度下表现为第二相的熟化;铸轧AT31和AT33合金分别在低于270℃和310℃长时间退火晶粒不发生长大;Sn元素的添加使合金的基面织构强度增强,并且阻碍合金在长时间退火过程中的择优形核和择优长大现象;当退火温度超过400℃,铸轧AT31合金基面织构开始弱化,而铸轧AT33合金基面织构随着退火温度的升高难以弱化。(2)铸轧AT31和AT33合金的再结晶动力学:Sn元素的加入会降低合金在低温下的再结晶速率,提高合金在高温下的再结晶速率。铸轧AT31和AT33合金的再结晶和晶粒长大激活能分别是Qrex(AT31)=84.36kJ/mol,Qrex(AT33)=137kJ/mol, QG(AT31)=107kJ/mol, QG(AT33)=132kJ/mol.这四种激活能之间的大小关系是:Qrex(AT33)>QG(AT33)>QG(AT31)>Qrex(AT31);铸轧AT31和AT33合金晶粒长大动力学公式分别为:AT31D2D023.55texp(12867/T);AT33:D2D02218.03texp(15900/T).(3)铸轧AT31和AT33合金的室温拉伸性能:铸轧AT33合金较AT31合金相比具有更高的强度和延伸率;在本实验所用合金的晶粒尺寸(3m–100m)范围内,在平均晶粒尺寸相当的情况下,拥有较均匀晶粒尺寸的组织会具有较高的延伸率,但却对抗拉强度的影响较小,决定抗拉强度的主要因素是平均晶粒尺寸的大小;随着退火温度的升高,Sn元素的溶解使得H–P关系中的0值升高,k值下降,铸轧AT33合金的H–P关系的k值要低于铸轧AT31合金,而0值要高于铸轧AT31合金;铸轧AT33合金中其抗拉强度随时间的变化具有明显的时效特征。从综合力学性能来看,铸轧AT31和AT33合金较佳热处理工艺为210℃1h和270℃4h,其抗拉强度和延伸率分别为273MPa、22.5%和291MPa、24.6%。
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