论文部分内容阅读
镁锂合金是目前最轻的金属结构材料,具有比强度和比刚度高,电磁屏蔽性能优良,阻尼减震性能好等特点,在绿色节能方面具有良好的应用前景。然而,通过铸造获得的镁锂合金存在绝对强度低,耐蚀性差,热稳定性差等缺点,严重限制了镁锂合金的发展。合金化可以明显改善镁锂合金的性能,而热变形以及热处理也被认为是镁锂合金常用的强化方法,目前成为镁锂合金性能改善的主要研究方向。然而目前关于镁锂合金的成分和热处理工艺对其热变形行为的影响研究仍然较少,因此研究成分及热处理的影响机制可为镁锂合金的热加工强化提供理论基础。本文采用真空熔炼铸造的方式制备两种不同成分的Mg-Li-Zn-Y（LZW）合金,即LZW441和LZW542合金。随后进行固溶和均匀化处理,并采用Gleeble热-力模拟试验机对上述两种合金在不同温度和应变速率下进行热变形。通过金相显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）观察不同状态（铸态、均匀化态、固溶态和热压缩态）合金的显微组织。采用X射线衍射仪（XRD）对不同状态合金进行物相分析。采用万能材料试验机及显微硬度计对合金进行室温力学性能测试。通过上述分析测试手段分析研究合金热变形前后的组织转变以及第二相析出及分布对热变形行为的影响。通过建立本构模型揭示不同合金的热变形机制。借助热加工图优化合金的热加工参数,为镁锂稀土合金的热变形研究提供理论依据。首先,研究了热变形前LZW合金的显微组织。结果表明,铸态LZW合金晶粒均呈枝晶状,铸态LZW441合金中第二相为W-Mg3Y2Zn3相和Mg Zn2相,而铸态LZW542合金中则为W-Mg3Y2Zn3相和Mg24Y5相,该合金强度和硬度较高,但塑性相对稍低。铸态LZW542合金在400℃进行2 h均匀化处理后晶粒没有明显长大,而在520℃固溶处理长于4 h以后晶粒开始明显长大。热处理前后第二相种类没有明显变化,均匀化处理后晶内析出大量亚微米级的Mg24Y5析出相,但固溶处理过后网状的W相发生溶解和球化。均匀化处理后合金显微硬度略有提升,但固溶处理后合金显微硬度略微降低。其次,研究了LZW合金的热变形行为。结果表明,铸态LZW441合金的热变形流变曲线大部分条件下可分为加工硬化,动态软化和稳态流变三个阶段;铸态LZW542合金的流变曲线在大部分条件下未出现应力下降的动态软化阶段;均匀化态LZW542合金的流变曲线在大部分条件下稳态流变阶段。铸态LZW542合金中较多的大尺寸第二相导致热变形激活能较高。LZW合金的主要速率控制机制为溶质原子拖曳和位错攀移共同作用,LZW542合金中的溶质原子增多,均匀化处理中析出的亚微米第二相以及高温热变形动态析出的纳米第二相造成类似溶质原子拖曳的效果造成激活能和应力指数降低。再次,研究LZW合金的热加工图,并优化合金的热加工参数。结果表明,铸态LZW441合金、铸态LZW542合金和均匀化态LZW542合金的峰值效率区分别在450℃/0.001 s-1附近、在450℃/0.001 s-1和450℃/1 s-1附近以及375～440℃/0.01～0.1 s-1范围;失稳区分别在250～370℃/0.02～1 s-1范围、250～330℃/0.025～1 s-1范围以及250～350℃/0.025～1 s-1和360～425℃/0.001～0.005 s-1两个范围内;各合金最佳热加工参数分别为450℃/0.1 s-1、450℃/1 s-1以及450℃/0.1 s-1。铸态LZW合金具有更好的热加工性,热变形后晶粒尺寸相近,而均匀化态LZW542合金的热加工性相对较差。最后,研究了LZW合金在热变形中的组织转变。结果表明,LZW合金在低温下几乎不发生动态再结晶,动态再结晶的比例和尺寸大致随温度的升高和应变速率下降而增大,LZW542合金在低温高应变速率下变形时发生孪生。在高温变形时,铸态LZW441合金在所有的应变速率下都发生较为完全的动态再结晶,在450℃/0.1 s-1发生了纳米W相和Mg24Y5相的动态析出而导致晶粒细化。铸态LZW542合金400℃/0.001 s-1下由于动态析出相阻碍形核动态再结晶无法持续进行而发生动态回复,而在450℃下均发生了完全动态再结晶,而动态再结晶晶粒的尺寸随着应变速率的提升而降低。均匀化态LZW542合金在高温低应变速率下动态再结晶不完全,局部的形核和长大过程受到第二相的影响造成晶粒不均匀。