微合金化对镁锰合金组织与性能的影响

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本课题以Mg-1.8Mn合金为基础,添加不同含量的稀土元素Er和Er、Al元素,通过热模拟压缩实验,分析合金在不同热压缩条件下热变形行为;并对合金进行挤压,分析微合金化对合金热处理、热挤压过程中的组织演变以及室温拉伸力学性能的影响。研究结果表明,经450℃保温4小时固溶处理后,组织中仍存在大量的黑色第二相Mn单质,呈粗大的柱状晶形貌,尺寸约为800~100um,0.4Er/Al复合微合金化使晶粒得到明显细化,尺寸约为150um。通过对固溶态合金Mg-1.8Mn-0.4Er/Al在250℃、350℃、390℃以及450℃,应变速率为0.01s-1~1s-1条件下进行热压缩实验,结果表明1)温度越高,应变速率越低,合金组织开始发生动态再结晶的临界应力越低,临界应变越大,合金在250℃和350℃应变速率为1s-1的条件下,热模拟组织没有发生动态再结晶。2)温度越低,应变速率越大,合金组织中孪晶数量越多;在0.01s-1~1s-1应变速率范围内,450℃热压缩组织中仍然存在一定数量的孪晶。合金经过450℃挤压变形后,Mg-1.8Mn合金发生了完全再结晶,Er微合金化和Er、Al复合微合金化的挤压态合金中动态再结晶程度均变小,Er、Al复合微合金化的挤压态合金中动态再结晶程度高于Er微合金化的合金。挤压态合金Mg-1.8Mn-0.4Er的再结晶晶粒百分比为45%,Mg-1.8Mn-0.7Er的再结晶晶粒百分比为51%,Er、Al复合微合金化的挤压态合金的再结晶晶粒百分比,随着其含量的增加,分别为58%、60%和75%。挤压态合金经过390℃热处理1小时后,Mg-1.8Mn合金组织中大部分未长大的再结晶晶粒长大至约88um,Er、Al复合微合金化合金中的静态再结晶程度高于Er微合金化合金,Er、Al复合微合金化合金基本发生完全再结晶。对挤压态合金在室温下进行拉伸实验,结果表明添加0.4%Er能明显提高合金强度,使得合金的屈服强度从173增至224MPa,抗拉强度从255MPa增至276MPa,复合添加Er、Al对合金强度影响不大,Er和Er、Al的加入均使得合金的塑性提高且随着含量的增加,延伸率越大,但是Er对合金塑性的提升效果不如Er、Al复合添加的合金显著。单独添加0.7%Er使得合金的延伸率从5.0%提高到12.5,复合添加0.7%Er、Al使得合金的延伸率从5.0%提高到19.0%。此外,在均匀塑性变形前期,单独添加Er和复合添加Er、Al均会使合金的加工硬化率下降,添加0.1%Er,合金的加工硬化率下降量最小。当塑性变形达到一定程度时,单独添加Er和复合添加Er、Al均使得加工硬化率升高,当添加量达到0.7%时,Er和Er、Al复合添加效果相近,其加工硬化率最大。
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