WE71镁合金筒形件的组织与力学性能研究

来源 :北京有色金属研究总院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qnmdmm
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筒形件是航空航天军工等领域中常用的结构件,随着现代工业的快速发展,对其轻量化、服役温度、力学性能等提出越来越高的要求。针对镁合金筒形件的力学性能提升需求以及组织性能均匀性的问题,本文以WE71镁合金(Mg-7Y-lNd-0.5Zr(wt.%))为研究对象,系统研究反挤压及多向锻造+反挤压两种成形工艺制备的筒形件在变形过程的组织演变及性能特点,探索引入多向锻造工艺对筒形件的成型过程以及微观组织和力学性能的影响,为制备高性能稀土镁合金筒形件以及超大型筒形件提供必要的理论支撑和实验依据。选取WE71镁合金挤压棒材作为初始态合金,通过热压缩试验得到合金的流变应力曲线,建立了本构方程,绘制了热加工图,并给出合适的加工区间为温度在460℃左右,应变速率在0.01 s-1附近;随后采用DEFORM软件对WE71镁合金反挤压和多向锻造+反挤压成型过程进行数值模拟,结果表明:多向锻造+反挤压成型工艺能够显著提高筒形件等效应变的最大值,并且使得各部位的等效应变值均得到增加。初始态WE71镁合金中,沿挤压流线分布的第二相主要由方块富Y相、圆形Zr颗粒和不规则形状的共晶Mg-RE相组成,心部和边部的平均晶粒尺寸和动态再结晶率分别为 68.3 μm、81.4%和 27.3 μm、98.8%。反挤压态WE71镁合金筒形件中第二相主要为方块富Y相、圆形Zr颗粒和Mg5RE相;平均晶粒尺寸和动态再结晶率由内壁向外壁的变化趋势一致:压缩区和剪切区中由内壁向外壁平均晶粒尺寸逐渐增大、动态再结晶率逐渐降低,稳定成形区中内由内壁向外壁平均晶粒尺寸先增大后减小、动态再结晶率逐渐降低,且与数值模拟结果中等效应变的变化趋势相符。反挤压前引入多向锻造工艺可以使合金中Mg5RE相的尺寸减小、数量增多,还可以细化筒形件整体的平均晶粒尺寸,使得细晶含量显著增加,且在应变量小的区域形成双峰晶粒组织。比较二者的室温力学性能,多向锻造+反挤压筒形件不同区域的抗拉强度、屈服强度和伸长率均高于反挤压筒形件。WE71镁合金在200℃时效2 h时出现由富RE单个或多个原子柱形成的有序溶质团簇;时效4 h时溶质团簇开始演化成规则的之字形单层GP区或六角环状溶质团簇;峰时效时大量β’相形成并均匀分布于基体中,其中多向锻造+反挤压筒形件峰时效态下压缩区区域c和稳定成形区区域h的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为358 MPa、231 MPa、3%和 381 MPa、272 MPa、4%;时效时间延长至 500h 时,粗化的β’相呈网状仍稳定分布于基体中,β’相具有较好的高温热稳定性。
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