AZ80M镁合金固态及半固态变形行为和组织演变研究

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镁合金具有优良的力学性能、电磁屏蔽性和轻量化等特点,已经广泛用于轨道交通、航空航天、3C电子产品和汽车等领域。目前,镁合金零部件生产主要通过挤压、锻造等固态成形或铸造等液态成形来实现。固态成形制件力学性能优良、但复杂制件还需要二次机械加工,造成生产成本高;液态成形虽然可近净成形复杂制件,但制件铸造缺陷多,力学性能差,难以满足高端工业应用需求。半固态成形是一种高效的短流程近净成形技术,综合了固态成形和液态成形的优点,但是制件的力学性能略逊于固态成形。目前,已经有研究学者将“半固态”和“固态”两种成形方式结合应用在铝合金上,即让制件形状复杂区域和较简单区域分别进行半固态触变成形和固态塑性成形,在近净成形的基础上还能获得优良的力学性能。本文以AZ80M(AZ80+0.2wt.%Y+0.2wt.%Ca)镁合金挤压棒材为原材料,对“固态-半固态”复合成形技术在镁合金运用的前期关键问题展开研究。首先对半固态等温处理和电磁感应加热制备半固态坯料组织演变进行了研究;然后通过等温压缩实验分析了AZ80M镁合金高温固态和半固态变形行为,并分别计算构造了关于峰值应力的本构模型;最后结合变形后的显微组织探讨在不同的温度区间的变形机理。获得如下主要结果:半固态等温处理过程中,固相粒子的平均晶粒尺寸、圆整度、液相率均随着保温温度和保温时间的增大而增大。奥斯瓦尔德(Ostwald)熟化和晶粒合并长大两种机制共同作用导致了晶粒粗化长大,580℃和590℃等温条件下的粗化速率分别为510.38μm3s-1和621.92μm3s-1。电磁感应加热得到的半固态显微组织中的固相粒子的平均晶粒尺寸细小,晶粒的圆整度偏低,液相熔池主要呈弯曲条状分布。AZ80M镁合金的高温固态变形真实应力应变曲线可以分为加工硬化、动态再结晶软化和稳定状态三个阶段;而半固态变形的真实应力应变曲线分为初始加载载荷升高、液相软化和稳定流动三个阶段。两种变形方式均表现出变形温度和应变速率敏感性,变形温度越高或应变速率越低,流动应力越低。采用Arrhenius方程拟合得到了AZ80M镁合金关于峰值应力的本构方程,固态变形与半固态变形的计算值与实验值吻合良好。计算得到AZ80M镁合金半固态变形的热变形激活能=289 kJ/mol,固态变形的激活=198 kJ/mol。通过半固态压缩后的试样侧面存在明显的宏观裂纹,周边出现了局部塌陷现象。固态变形组织中出现了明显的部分再结晶晶粒,应变速率越低或变形温度越高,再结晶越完全;在半固态变形温度区间,随着应变速率减小或变形温度升高,由于液相体积分数的增加,变形机制由固相中的塑性变形控制转变为固相球形状和尺寸改变与液相流动共同控制,因此显微组织中的球状的固相粒子逐渐增多。
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