【摘 要】
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带各种内环高筋的稀土镁合金壳体构件是国防重大装备的关键承力构件,是轻量化背景下的必然选择。Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金是一类重要的高强耐热稀土镁合金,特别由于其含有LPSO相,具
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带各种内环高筋的稀土镁合金壳体构件是国防重大装备的关键承力构件,是轻量化背景下的必然选择。Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金是一类重要的高强耐热稀土镁合金,特别由于其含有LPSO相,具有优良的室温和高温力学性能,可适用于200-300℃下长期工作的零部件,在航空航天、交通运输、武器装备等领域具有广阔的应用前景。但该种合金的铸件力学性能,特别是塑性差,不能满足服役条件下。此外,传统的变形方式也无法实现该类构件的整体塑性成形。中北大学提出采用旋转挤压方法成形大型带内环筋壳体可以在成形复杂形状的同时实现对材料的强韧化。由于旋转挤压成形过程中Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金的变形机制非常复杂,本文借助Gleeble 3500热模拟扭转单元,采用压扭变形实验研究Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金在不同变形温度和应变速率压扭条件下的金属流变特性及组织演化规律,为旋转挤压奠定理论基础。研究结果表明:从压扭变形后试样的宏观形貌可得:同等变形条件下,Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金在压扭状态下的成形性要优于纯扭转变形。实验获得了 Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金的压扭变形特性,经压扭变形后其流变行为经历加工硬化和流变软化的竞争过程,应力-应变曲线呈典型的再结晶特征。压扭和纯扭转不同状态下的应力应变曲线形貌相似,但相同条件下扭转变形的峰值应力要比压扭变形状态下的高。动态再结晶临界应变值前者要小于后者。研究得到了该合金含温度补偿因子的本构方程如下:σ1=103.63ln{(Z/2.19× 1017)1/4.8517+[(Z/2.19×1017)2/4.8517+1]1/2}。热加工图显示该合金压扭条件下的最佳加工区间为温度T=420℃～480℃,应变速率ε=0.025s-1～0.001s-1。为该种合金的工程化应用参数的制定提供了理论依据。研究表明:该合金在压扭条件下的动态再结晶机制由低温时的连续动态再结晶逐渐转变为高温时不连续动态再结晶为主;相同温度下随着应变速率的增大,再结晶机制由连续动态再结晶向非连续动态再结晶转变。升高温度和降低应变速率会使动态再结晶率增大,再结晶位置会随着温度的升高逐渐由晶界向原始晶粒内部发展。再结晶晶粒的尺寸会随着温度的升高和应变速率的降低而增大,但其主要受温度的影响。合金中的LPSO相的形貌演变受压扭时的变形参数影响显著:温度较低,应变速率较大时由于应力集中的影响LPSO相会发生变形扭折以协调变形;其变形程度与数量和温度呈负相关,与应变速率和应变量均呈正相关。温度升高后块状LPSO相发生破碎,随着应变速率的降低,破碎程度有所增加。在压扭条件下变形织构受应变速率和温度的影响显著:随应变速率降低和温度的升高,织构弱化程度增加,同时织构组分会由单一的基面织构发展为非基面织构。沿半径方向从内向外极密度强度变化不明显,且最强极密度的位置偏离压缩方向的角度增加。通过压扭变形可以显著提高Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金的力学性能。显微硬度沿着半径方向从内向外整体呈现增大的趋势。温度的增加和应变速率的减小均会造成该合金力学性能的下降。
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