AZ31B镁合金板材微量元素对拉伸力学性能各向异性分析

由于镁合金板材具有密度小,比刚度和比强度都比较高以及具有较好的导热性等特点,在通讯、交通以及家电领域中都得到了极为广泛的应用。因为轧制而使得镁合金晶体具有取向的特征,而且镁合金晶体自身的对称性不好,因此镁合金会经常表现出各项异性行为。本文主要通过试验对三种AZ31B型镁合金板材的异性行为进行分析,进而为镁合金板材的形成和加工提供可靠的理论依据。     

添加剂对AZ31B镁合金氧化膜性能的影响

在由NaOH、H3BO3、Na2B4O10组成的电解液中,研究了不同添加剂Na2SiO3和NaAlO2对AZ31B镁合金阳极氧化膜性能的影响.通过电压-时间曲线、Cass盐雾试验、SEM和动电位极化曲线等方法检测和观察阳极氧化膜性能和表面形貌.结果表明:两种阳极氧化膜表面均为多孔结构,电解液中添加Na2SiO3获得的氧化膜表面微孔分布均匀,孔径更小;与AZ31镁合金基体相比,其耐蚀性均有不同程度的提高,Na2SiO3添加后膜层的耐蚀性优于NaAlO2.     

利用表面纳米化技术改善AZ31镁合金的弯曲性能

镁合金因为其低密度和高比强度,成为新一代的结构材料。对比钢铁和铝合金,镁合金板材的弯曲成型性能相对较差。对于如何提高其成型性能成为了近年来的研究重点。表面纳米化是一种有效提高镁合金强度和表面硬度的手段,然后镁合金在表面纳米化之后,其塑性会明显降低,从而影响成型性能。 本文通过超声喷丸的方式,在镁合金的表面制备了不同厚度（51–145 μm）的纳米层,研究了表面纳米化之后的AZ31镁合金板材的V型弯曲性能。通过研究发现,双面纳米化处理的镁合金表现出和未处理相近的弯曲性能。同时,单面处理的板材表现出优于未处理板材的弯曲性能。当纳米层在弯曲过程中位于单侧处理的板材的内测,其改变了板材中性层在弯曲过程中的外移趋势,从而提高了弯曲性能,研究表明这种提高是非常有限的。在超声喷丸5 min处理的板材中,其中性层偏移最少,更厚的纳米层使得中性层偏至板材内测,从而降低弯曲性能。当纳米层在弯曲过程中位于板材的外层时,板材的弯曲性能也得以提高并且提高程度随着纳米层厚度的增加而增加。这是因为纳米材料在弯曲过程中导致了应力应变的再分布。在板材外层增加纳米层后,其弯曲顶端得到了应力更大应变更小的一种分布情况,而这种分布有利于纳米化后的板材的弯曲,从而阻止了裂纹的产生,提高了弯曲性能。     

AZ31B镁合金TIG和MIG焊接接头组织性能比较分析

研究了AZ31B镁合金钨极氩弧焊(TIG)和熔化极氩弧焊(MIG)焊接接头组织及性能。在厚度为8.0 mm的AZ31B镁合金板材上分别进行了填丝TIG和MIG两种焊接试验,分析了AZ31B镁合金两种焊接工艺以及接头焊缝的微观组织和显微硬度。试验结果表明,填丝TIG焊缝成形良好;MIG焊接时有飞溅现象,焊缝成形不及TIG均匀。TIG和MIG焊接接头的相组成与母材的相组成一致。MIG焊接热影响区HAZ的晶内析出相弥散分布,焊缝区晶界析出相连续分布;而且MIG焊接接头的显微硬度值较TIG焊接时要高,焊接接头的力学性能有所提高。     

AZ31镁合金无缝管挤压动态再结晶数值模拟研究

通过热压缩实验得出温度在300~450℃,应变率为0.01~1 s-1时的应力-应变曲线,建立了AZ31镁合金的动态再结晶模型。该模型用于AZ31镁合金无缝管挤压过程中动态再结晶过程的数值模拟,并通过金相观察得以实验验证。结果表明,在挤压速度确定的情况下,挤压温度对动态再结晶分数的影响最为明显。随着挤压温度的升高,动态再结晶体积分数明显增大。预测的动态再结晶体积分数与实验结果吻合。     

基于韧性断裂准则的AZ31B镁合金板材成形极限预测

结合损伤起始判据和损伤演化准则,建立了完整的韧性断裂准则,基于ABAQUS中韧性损伤材料模型对AZ31B镁合金板材成形极限进行了预测。通过拟合单向拉伸应力应变曲线得到材料本构模型及损伤演化参数,建立了板材的Nakazima半球形凸模胀形有限元仿真模型,再基于韧性断裂准则预测了AZ31B镁合金板材室温下的成形极限,并分析了不同板材断裂失效判据对成形极限的影响。研究结果表明,基于所建立的韧性断裂准则,并以损伤演化过程中应变路径转变作为断裂失效判据,可以较准确地预测镁合金板材成形极限,得到的成形极限图与实验结果吻合较好。     

AZ31镁合金薄板热拉深工艺研究

主要研究了镁合金热拉深工艺过程中,各工艺参数包括拉深温度、压边间隙、润滑条件、拉深速度等对镁合金拉深成形性能的影响．结果表明：在200-275℃间,板厚为1mm的AZ31镁合金薄板具有较佳的热拉深成形性能,可得到最大极限拉深比为2．14杯形拉深件,极限拉深比的大小随上述工艺参数的变化而变化．     

AZ31B镁合金表面V/Ce转化膜层的耐蚀和导电性能的研究

以偏钒酸钠和硝酸铈为主盐,在AZ31B镁合金表面制备了V/Ce转化膜层。利用SEM、激光扫描共聚焦显微镜、XPS等技术对制备的膜层进行微观形貌观察与成分分析,进而探讨了成膜机理。结果表明:化学转化膜表面有着均匀网状微裂纹,并且在其上分布有球状颗粒。膜层物质主要由V、Ce和Mg的氧化物以及CeVO₄组成。采用极化曲线和电化学交流阻抗谱(EIS)评估了基体和转化膜层的耐蚀性。与AZ31B镁合金相比,转化膜层的自腐蚀电位提高了200 mV,腐蚀电流密度降低了两个数量级。EIS测试表明经过化学转化后,镁合金的阻抗值由裸体的2.2 × 102 Ω·cm2增加到1.6 × 103 Ω·cm2。此外,通过电导率仪和莫特肖特基（MS）曲线研究了涂层的导电性,结果表明膜层导电率为9.657 MS/m,具有N型半导体特性。其导电性和膜层成分的半导体特性有很大关系。     

异步轧制AZ31镁合金板材组织

对不同总变形量、道次压下量、轧制温度以及轧制路径等工艺条件下所制备的AZ31镁合金板材的组织进行研究。研究结果表明：异步轧制有利于板材的晶粒细化,其晶粒粒度约为8．9μm,明显小于常规轧制板材的13．2μm;当总变形量由40％增大到80％时,晶粒粒度从40μm左右减小到30μm左右,出现了较多的孪晶;当道次压下量由5％增加到20％时,晶粒粒度从40μm左右减小到10～20μm,孪晶数量也随之减少;当温度由350℃升高到400℃时,晶粒粒度由20μm左右下降到10μm,且大部分晶粒为等轴晶;轧制路径的改变,使板材中的显微组织和孪晶数量产生改变,C路径中的晶粒细小,粒度约为10μm,D路径中的孪晶数量最少。     

AZ31镁合金的超塑性研究

在温度为400～440℃、应变速率为10-2～10-4 s-1的范围内研究AZ31镁合金的超塑性.结果表明,当应变速率不小于5×10-3 s-1时,AZ31镁合金的超塑性伸长率随着温度的升高而增大.对应变速率敏感指数和拉伸试样的宏观断裂特征分析表明,应变速率敏感指数是影响超塑性的主要因素.当应变速率不大于5×10-4 s-1时,AZ31镁合金在420℃时具有最大伸长率.对断裂试样的颈缩现象和断口空洞的SEM分析表明,空洞是影响超塑性的主要因素.     

AZ31镁合金的研究进展

综述了AZ31镁合金基本特征,讨论了主要合金元素对AZ31镁合金组织和性能的影响、AZ31镁合金的力学性能以及AZ31镁合金的晶粒细化、超塑性的研究现状,对AZ31镁合金的发展前景进行分析,指出应加强其成形技术、镁基复合材料和AZ31镁合金基础理论的研究．     

时效对AZ31镁合金组织与性能的影响

对挤压后的AZ31镁合金件进行时效处理。时效温度为200-300℃,时效时间为15min-3h。研究了不同时效温度、时间对AZ31镁合金微观组织、力学性能的影响。结果表明：合适的时效工艺可使挤压变形后的试样组织达到平衡状态,材料塑性有较大幅度提高,而强度并没有显著降低。对于AZ31镁合金,最佳的时效工艺为275℃保温0．5 h。     

AZ31镁合金热变形过程中的流变应力

在Gleeble-1500热模拟试验机和UTM5305实验机上以不同的变形条件对AZ31镁合金进行高温热变形试验,研究该材料在高温热变形过程中的真应力应变。研究结果证明:在变形过程中的AZ31镁合金的真应力随应变速率增大、变形温度降低而升高。在压缩变形过程中的真应力峰值、真应变和动态再结晶与拉伸变形过程相比有明显差异;该镁合金热变形过程中的真应力为用包含Arrhenius项的Zener-Hollomon参数来描述,其压缩拉伸变形激活能分别为132.38 kJ/mol和Q=255.26 kJ/mol.     

CaCO3在AZ31镁合金中的细化效果及机理

用CaCO3作细化剂研究了对AZ31镁合金凝固组织的影响.结果表明:在AZ31中添加质量分数为0.5%的CaCO3,在760℃保温10 min后细化效果最佳,α-Mg晶粒的尺寸由基体合金的570μm降至209μm,降幅约63.3%.通过能谱分析、结合能和自由能的计算证实,细化机理是CaCO3反应后生成Al4C3,其中部分Al4C3质点作为异质核心,使晶粒细化,其余的Al4C3质点钉扎晶界也阻碍了晶粒长大.Al元素随固/液界面前沿被快速推至晶界,生成沿晶界生长的β-Mg17Al12相,起到进一步固定晶界的作用.合金元素的分布均有改变.     

Si和Sb对AZ31合金铸态显微组织和力学性能的影响

运用光学金相（0M）、扫描电子显微镜（SEM）结合电子拉伸实验研究了0～1．5wt％Si和0—1．5wt％Sb对AZ31合金的显微组织和力学性能的影响。结果表明：Si能够细化AZ31合金组织,但生成的Mg2Si相极易呈现汉字状形貌,降低合金的力学性能11而Sb的加入,可以改善Mg2Si的形貌,同时细化合金显微组织,有助于合金室温力学性能的提高。当AZ31合金加入0．5wt％Si和1．0wt％Sb后,力学性能达到最佳,在保证合金延伸率不变的情况下,抗拉强度达到185MPa,比AZ31合金提高了23．5％．     

球磨对固态再生AZ31组织性能的影响

将AZ31镁屑料作为原材料,经过球磨,以25：1挤压比,370℃下热挤压制备出了氧化镁弥散强化的镁合金材料。与传统的直接热挤压相比,球磨显著细化了镁屑料;在热挤压后,消除了直接热挤压材料中存在的氧化镁团聚现象,氧化镁颗粒均匀分布在基体中,提高了材料抗拉性能。     

大应变挤出切削制备AZ31镁合金超细晶带材工艺研究

运用大应变挤出切削(LSEM)方法,采用前角为15°且切屑压缩比λ可调节(分别为1.5,1.0和0.5)的组合刀具制备了具有超细晶结构的AZ31镁合金带材,分析了带材的成型性和形貌,并对比分析带材的显微组织和测量显微硬度。结果表明,切屑压缩比对带材成型有直接的影响,LSEM能显著地细化AZ31镁合金的晶粒及改善其显微组织;晶粒细化后,AZ31镁合金的维氏硬度获得近33%的提升。     

应力状态对AZ31镁合金最佳成形温度的影响

在20～250℃温度范围内,对AZ31镁合金薄板进行了单向拉伸、筒形件拉深以及胀形试验,并用金相显微镜观察了试验后试件的显微组织。分析了AZ31镁合金在不同工艺所对应的应力状态下塑性变形特点及其最佳成形温度。结果表明,变形过程中所受应力状态对AZ31镁合金最佳成形温度的影响很大,AZ31镁合金在成形过程中受单向拉应力时,其总延伸率随成形温度的升高而增加;应力状态主要为压应力时,最佳成形温度应在tr=1以下;而应力状态主要为双向拉应力时,其最佳成形温度应在tr=1以上。