ME20M镁合金热挤压工艺及组织性能研究

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本研究采用了传统的正向挤压工艺制备ME20M镁合金棒材与XC6218 -1板材进行对比试验,探索ME20M合金成型工艺参数,以期实现XC6218-1板材力学性能的改善和稳定生产。采用热压缩试验,分析ME20M镁合金在高温压力变形中应变规律,并结合金相显微(OM)以及室温静态拉伸测试,探讨了ME20M镁合金室温强韧性与晶粒大小、挤压工艺(挤压温度、挤压速度)之间的关系,寻求改善合金强韧性的有效途径;采用OM、扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射技术(EBSD)以及热压缩实验分析了挤压变形过程中镁合金的组织演变规律,探讨了挤压变形过程中ME20M镁合金的动态再结晶机制,以及织构、未再结晶区对镁合金力学性能的影响。并通过正交试验优化确定相关工艺参数,指导工业生产。研究表明,ME20M镁合金变形激活能为149.9kJ/mol,在单向热压缩中易于产生不均匀变形,适宜应变速度为1s-1以下,变形温度为653K以上,流变应力符合幂指数本构方程。在实际挤压中需要较高的挤压温度(棒材613K、XC6218-1板材653K),便于平衡加工硬化影响,充分实现再结晶与晶粒长大,减少纤维组织,促进组织均匀化。挤压变形中,变形热是促进组织再结晶和晶粒长大的主要因素。晶粒尺寸d与Zener-Hollomon函数Z的关系为:d=1.283×105Z-0.33 ((ε|·)=0.592s-1);d=1.463×107Z-0.57((ε|·) =1.166s-1),Z指数很大(AZ61仅为0.023)且随着应变速率升高而增大。因此ME20M的晶粒尺寸受温度与变形速度的影响很大,尤其变形速度的影响。提高变形速度将短时间产生较多的变形热,促进了再结晶与晶粒长大。ME20M在挤压中存在两种再结晶机制:粒子形核机制与亚晶形核机制。细晶区多是第二相粒子促进再结晶形核而形成,晶粒取向随机,{0002}丝织构强度较弱;粗晶区多是位错缠结、孪晶机制再结晶形成,其取向受变形状况影响较大,织构强度较高。变形热的增加,有利于细晶的长大,减弱了组织的织构强度。挤压薄板主要有{0002}<11(2| ̄)0>和{11(2| ̄)1}<11(2| ̄)3>两种织构组分:板面内力学各向异性明显,当板材挤压速度较慢(2.5mm/s)、温度较高(693K)时,{11(2| ̄)1}<11(2| ̄)3>织构明显加强,而基面织构{0002}<11(2| ̄)0>将减弱,有效地减小板材的各向异性。ME20M“挤压效应”显著,ED方向纤维组织截面为点状,再结晶的程度提高将有效减小纤维组织对力学性能的不良影响;TD方向纤维组织截面为带状,再结晶的程度提高虽然能够减小纤维组织宽度,但纤维组织长度变化很小,拉伸出现缺陷时易于沿纤维组织扩展,脆性断裂倾向较为明显。通过实验确定,XC6218-1型材良好的挤压工艺条件为:铸锭(Ф94mm,挤压筒为Ф105mm),加热温度为673±10K,挤压筒温度为673K,挤压比(固定值)为45.9,挤压速率2.5mm/s(调速电流0.2A)。采用上述条件,成功获得抗拉强度250MPa以上,延伸率16%以上成型性能良好的挤压型材。
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