微量Ca及退火工艺对Mg-Al-Mn合金显微组织与成形性能的影响

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镁合金以其密度小、比强度高、减震性好等一系列优点广受汽车行业的青睐,尤其是变形镁合金板材可通过二次冲压成形来满足不同形状、尺寸车身结构件的生产要求,更加具有广阔的应用前景。Mg-Al-Mn系合金由于具有较高的强度、良好的塑韧性和耐蚀性等优势成为变形镁合金领域的研究热点之一。然而,与其他变形镁合金相同,该系合金在塑性变形过程中会产生强烈的基面织构,这严重制约了板材冲压成形性能的提高,从而限制了其在汽车领域的应用与发展。因此,如何弱化Mg-Al-Mn系合金板材的基面织构是提高其成形性能的关键,这对于拓展镁合金在汽车行业的应用范围具有重要意义。本文以Mg-5Al-0.3Mn合金为研究对象,采用显微金相观察、SEM及EDS分析、XRD分析、EBSD分析、拉伸和杯突测试等分析手段,研究微量Ca及退火工艺对合金显微组织与成形性能的影响,通过优化合金成分与退火工艺,旨在提高板材的室温成形性能。主要研究结果如下:(1)微量Ca添加没有导致铸态Mg-5Al-0.3Mn合金中新相的形成,但随Ca含量的增加,合金组织逐渐细化,晶界处呈网状和粗大骨骼状分布的β-Mg17Al12相逐渐向细小骨骼状和颗粒状发生转变,并且在基体中的分布变得更加离散均匀。对Mg-5Al-0.3Mn-xCa合金进行相同工艺的热轧变形,发现Ca添加促进了热轧过程中{1011}压缩孪晶和剪切带的形成,并促使合金基极偏离ND方向,导致基面织构强度明显降低。织构的弱化主要归因于{10-11}压缩孪晶和剪切带促进再结晶晶粒形核,此外,Ca添加导致合金c/a值减小对基面织构弱化也具有一定促进作用。(2)微量Ca添加使热轧态Mg-5Al-0.3Mn合金板材的杯突值明显升高,但当Ca含量大于0.1wt.%之后,杯突值的升高趋势变得平缓。对Mg-5Al-0.3Mn-xCa合金板材进行相同工艺的退火处理,发现退火可进一步弱化合金的基面织构,并显著提高其室温成形性能,随Ca含量的增加,合金板材的屈服强度(?)s、延伸率δ和塑性应变比(?)逐渐降低,而应变硬化指数(?)和杯突值IE逐渐升高。当Ca含量为0.3wt.%时,合金板材的综合性能最好,其室温屈服强度(?)s、延伸率(?)、(?)值、(?)值和杯突值IE分别为187MPa、22.3%、0.25、2.46和4.18mm。(3)退火工艺对Mg-5Al-0.3Mn-0.3Ca合金板材的显微组织与成形性能具有显著影响:随退火温度的升高和退火时间的延长,合金中再结晶晶粒所占比例逐渐增加,平均晶粒尺寸逐渐增大,杯突值呈先升高后降低的趋势,当退火温度为400℃,退火时间为1.5h时,合金板材的杯突值最高,且综合性能最好。该退火工艺下Mg-5Al-0.3Mn-0.3Ca合金板材的屈服强度(?)s、延伸率(?)、(?)值、(?)值和杯突值IE分别为182MPa、23.1%、0.28、2.35和4.87mm。
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