热处理和轧制变形对MG-Zr合金力学及阻尼性能的影响

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本文以开发高阻尼高力学性能镁合金为研究目的,利用搅拌铸造法制备了Mg-0.7Zr合金,并在此基础上添加3%Zn制备了Mg-3Zn-0.7Zr(ZK31)镁合金,研究了均匀化退火热处理、热轧变形处理、热轧后退火处理对两种合金力学以及阻尼性能的影响。通过金相显微镜(OP)、扫描电子显微镜(SEM)、观察和分析了合金的微观组织;通过拉伸实验、显微硬度测试分析了材料力学性能的变化;在LMR-1型低频弛豫谱仪上进行了不同状态下材料阻尼性能测试,并进行了阻尼机理分析,研究了频率、应变振幅对材料低频阻尼性能的影响,为制备高阻尼、高强度镁合金提供了参考。  通过对材料相关性能的研究,得到了以下结论:Zr元素的加入可以明显细化铸态镁合金晶粒,添加0.7%的Zr合金晶粒尺寸将细化至50μm左右,力学性能提高到100MPa左右。经过693K×16h退火处理后,可以使Mg-0.7Zr合金力学性能比铸态提高近50%。通过对Mg-0.7Zr合金在673K下,进行2mm×4道次的热轧处理后,板材晶粒细化至20μm以下,抗拉强度达到200MPa,比铸态提高了近一倍。断口分析的结果也证明材料由铸态的解理断裂转变为热轧后的韧性断裂,热轧可以消除材料一些铸造缺陷。  铸态和退火处理后Mg-0.7Zr表现出了比纯Mg更好的阻尼性能,对热轧后的合金进行阻尼测试,发现合金在0.1Hz下表现出比1Hz下更高的阻尼值,对热轧材料进行623K×4h条件下退火处理可以使得材料表现出较好的阻尼性能,力学性也能比铸态高。  对ZK31镁合金轧制前热处理工艺的研究发现,经过673K×8h均匀化退火处理可以促使铸态ZK31合金的元素均匀分布,力学性能提高,且硬度下降,该条件可以作为热轧工艺之前的退火工艺,同时发现退火后合金阻尼值比铸态降低,这可能是由元素分布均匀、晶粒增大造成位错密度下降引起。另外,研究还发现,经退火处理后的ZK31镁合金弛豫性阻尼在f=0.5Hz~4.5Hz范围内随着频率的变化呈线性增加,而退火前后合金阻尼机制均可通过G-L理论进行解释。  对经退火处理后的ZK31镁合金热轧处理,发现673K下2mm×3道次的热轧处理后,材料未发生热轧开裂以及热轧缺陷。热轧后合金的晶粒尺寸小于15μm,晶内出现大量孪晶,抗拉强度达到271.53MPa,断口形貌表现为大量撕裂棱和韧窝的韧性断裂,材料力学性能得到了很大优化。热轧ZK31的应变阻尼测试中曲线表现出了两个平台,这与热轧造成的孪晶、以及内应力和可能析出的第二相是相关的,对热轧材料进行退火处理后,第二个平台消失也证明了这一点。热轧后材料进行退火处理,抗拉强度和硬度会下降,但抗拉强度仍比铸态高。此外,研究还发现,热轧、热轧后退火,材料的阻尼机制均符合G-L理论位错阻尼机制。
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