5052Al-Mg合金热塑性变形的微观组织演变及流变行为研究

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铝合金材料在室温下的成形性能难以适应目前高性能、复杂零件的成形需求,因此常采用提高成形温度来增强其成形性能。在热力耦合作用下,铝合金的初始晶粒状态和应变状态对高温流变行为和微观组织演变的影响非常复杂,导致材料的成形性能和组织状态难以精确控制。因此,研究不同状态下的铝合金高温流变行为与微观组织演变规律对制定塑性成形工艺、调控组织和性能具有重要意义。本文以5052Al-Mg合金为典型材料,利用电子背散射衍射(Electron Back Scatter Diffraction,EBSD)和透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,TEM)等技术,深入研究了在不同的热塑性变形条件下材料的流变行为和微观组织演变过程,建立了耦合热激活能值的新型激活能热加工(Activation Energy Processing,AEP)图。因此,本文利用高压扭转工艺(High Press Torsion,HPT)制备了超细晶5052Al-Mg合金材料,表征分析了材料的微观组织、以及力学性能和耐腐蚀性能的变化规律,并对获得的超细晶材料进行了热压缩实验,分析了其流变行为和微观组织演变过程。取得的主要结论如下:(1)通过热压缩和热拉伸实验可知:变形温度越高,材料的延伸率也越高,在673 K下材料的延伸率达到130%以上。应变速率越高,曲线的软化现象越不明显,但材料的延伸率没有明显变化。热压缩下材料主要发生非连续动态再结晶软化行为,而热拉伸下材料主要发生连续动态再结晶软化。(2)建立的AEP图表明:热压缩条件的失稳区域在温度为553 K-733 K和应变速率为0.1 s-1-1 s-1的范围内,失稳主要是由材料的局部流动造成的。而热拉伸条件的失稳区域范围更小,失稳主要是由于材料内部出现了滑移带。这两种变形条件下材料的最佳加工区域都在高温低应变速率区,且对应的微观组织都是均匀的等轴晶,晶粒取向呈现随机分布。(3)对超细晶5052Al-Mg合金制备过程的组织演变、力学性能和耐腐蚀性能的研究表明:通过HPT工艺最终获得了晶粒尺寸约为500 nm的超细晶材料,材料在HPT过程中发生了非连续动态再结晶软化现象,且变形量越大,软化现象越明显。在大变形量下,晶界产生的shockley分位错会导致超细晶晶粒内部形成堆垛层错。HPT工艺过程中材料的硬度与晶粒尺寸的变化规律满足Hall-Petch关系,且扭转5圈后材料的硬度分布均匀,达到约120 HV。HPT过程中,低扭转圈数下腐蚀坑难以聚集,腐蚀行为会在形核原位持续发生,而高扭转圈数下腐蚀坑聚集明显,最终容易导致材料表层剥落。(4)通过超细晶5052Al-Mg合金的热压缩实验可知:随着应变的增加,在较低的应变速率(0.001 s-1和0.01 s-1)和较低的温度(573 K和623 K)下,超细晶材料流动应力达到峰值后出现持续的降低。低应变速率下超细晶材料的流动应力高于常规微米级晶粒的流动应力,而在高应变速率下,超细晶材料的流动应力低于常规微米级晶粒的流动应力,这与超细晶材料拥有大量晶界的特性有关。同时,超细晶材料在热压缩过程中主要的再结晶机制是非连续动态再结晶,这与常规微米级晶粒材料的再结晶机制一致。但与常规微米级晶粒材料不一样的是,超细晶材料在热压缩过程中几乎不存在连续动态再结晶软化现象。
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