论文部分内容阅读
搅拌摩擦加工技术（FSP）是在搅拌摩擦焊（FSW）基础上发展起来的一种新型剧塑性变形技术，它具有应变速率高、塑性变形大的特点，在细晶金属材料制备方面具有较大的应用潜力。本文采用FSP技术对铸态AZ91镁合金和热轧MB8镁合金两种材料进行加工，研究了细晶镁合金的制备工艺以及FSP加工过程中组织的转变机理，分析了加工参数对晶粒尺寸和常温力学性能的影响，并对细晶镁合金的高温超塑性变形行为进行了深入的探讨，分析了其超塑性变形机理和断裂机制，得出以下结论：（1）研究表明，铸态AZ91镁合金在旋转速度为400-1300r/min、行走速度为60-200mm/min范围内经FSP加工可以获得表面完好无明显宏观缺陷的材料。显微组织观察表明，合金经FSP加工后粗大的铸态树枝晶变成细小的等轴晶粒，在旋转速度700r/min、行走速度60mm/min（700-60）加工条件下（Mg）晶粒尺寸由原来的100μm细化至1.3μm；网状分布的粗大相（Mg17Al12）转变为细小颗粒相并均匀分布于晶界处。常温力学性能测试结果表明，经搅拌摩擦加工后合金的硬度、抗拉强度均显著提高，但部分参数下的断后伸长率相比母材有所降低；常温拉伸断口分析表明，铸态合金属脆性断裂，而搅拌摩擦加工合金由于晶粒明显细化，断裂表面存在较多的韧窝，属韧性断裂。（2）高温力学性能测试结果表明，铸态AZ91镁合金不具备超塑性，而FSP加工后的细晶AZ91镁合金具备优异的超塑性。FSP细晶AZ91镁合金在温度为573K、应变速率为1×10-4s-1条件下断后伸长率达到1604%；并且在低温（<300℃）高应变速率（>3×10-3s-1）下也获得比较大的伸长率（>200%）。超塑性变形过程中组织演变的主导机制是晶粒长大，但第二相颗粒的钉扎作用使得合金组织在整个超塑性变形过程中保持细晶结构。超塑性变形的断裂机制主要是空洞的连接，晶界滑移使得空洞沿着第二相颗粒形核并相互连接。（3）研究表明，经FSP加工，原始热轧MB8镁合金的粗大不均匀组织受到搅拌头的剧烈搅拌作用而破碎、分散，并发生动态再结晶，获得细小、均匀的等轴晶粒。在800-60条件下，搅拌区的平均晶粒尺寸由原始热轧态的16.5μm细化至6.0μm。常温拉伸结果表明，热轧MB8镁合金经FSP加工后抗拉强度大幅下降，但伸长率显著增大，在1200-60时断后伸长率最大值达57%，是原始材料伸长率的160%。（4）通过高温拉伸试验，研究了热轧MB8镁合金FSP加工前后的超塑性。结果表明，热轧MB8镁合金在高温下具有良好的超塑性，在673K、4×10-4s-1条件下获得最大伸长率441.6%。而FSP加工后的MB8镁合金（800-60）在高温超塑性变形条件下晶粒显著粗化，超塑性变形较差，在673K、4×10-4s-1条件下获得最大伸长率为231.2%。