论文部分内容阅读
近年来,随着能源与环境问题的日益突出,节能和环保成为人类文明健康发展的必要选择,绿色、科学、可持续的发展理念深入人心。因此,作为最轻的工程结构金属材料,同时兼具良好的比刚度、比强度和可回收性,镁合金的重要性逐渐得到认可,镁合金材料的开发与应用已成为国际研究热点。由于镁合金的室温塑性较差,高温超塑性变形被认为是加工复杂形状镁合金汽车部件的有效方法。然而,在现有的商业镁合金牌号中,兼具优异室温与高温力学性能且低成本的成分相对较少,亟待开发新型镁合金体系。同时,高合金含量双辊铸轧（TRC）镁合金板材面临着“偏析组织难调控、加工变形易开裂”的难题,目前尚缺少有效的解决方案,严重阻碍了高效的TRC技术在镁合金中的应用。本文以目前应用最为广泛的Mg-Al-Zn体系为基础,设计出高Al（8 wt%）且低Sn含量的Mg-Al-Sn-Zn体系,该体系同时具备高体积分数的低熔点Mg17Al12相和热稳定性好的细小Mg2Sn颗粒,在室温与高温下都表现出优异性能。分别以铸轧合金（TRC-ATZ821）、传统铸锭（IC-ATZ821）以及挤压合金（AT82和ATZ811）为实验材料,对各合金进行了显微组织观察与力学性能测试,研究了轧制工艺与超塑性变形行为,重点关注了显微组织的演变过程,希望工作结果可以为高性能镁合金薄板的开发与应用提供借鉴。本论文得出主要结论如下:（1）基于对TRC-ATZ821与IC-ATZ821合金初始组织的研究,发现了相比于传统铸锭,铸轧板坯在组织细化上有着明显的优势,但其内部存在尺寸可达毫米级别的长链状偏析相;导致了初始状态TRC-ATZ821合金的抗拉强度高于IC-ATZ821合金（TRC:270 MPa、IC:200 MPa）,但室温延伸率明显低于IC-ATZ821合金（TRC:1%、IC:7%）。（2）提出了调控铸轧偏析组织均匀化的控制轧制思路,并发现了在总变形量一定,均为80%的情况下,随着轧制道次数的增加（单道次压下量的减小）,组织均匀化效果显著提高;经过12道次精轧后制备出的板材具有细晶组织（4μm）以及弥散分布的细小球形析出相（0.4μm）,其屈服强度、抗拉强度和延伸率分别可以达到245MPa、347 MPa和17%。（3）探索了控制轧制过程中的组织演变规律,归纳出第二相的演变可划分为三个阶段:i)净溶解阶段:对应于控制轧制过程中的大压下量阶段;析出相的数量随着轧制的进行逐渐减少,呈现出溶解的趋势,并伴随着相尺寸的增加和形状的球化;ii)平衡阶段:对应于控制轧制过程中的小压下量阶段;析出相的数量、尺寸与形状都没有明显变化,达到动态平衡;iii)净析出阶段:对应于控制轧制过程中的降温轧制阶段;析出相数量显著增加且均匀弥散分布。（4）对比研究了AT82与ATZ811合金的高温超塑性变形行为,发现ATZ811合金展现出优异的超塑性,在300oC高温、应变速率为1×10-3 s-1的条件下,断裂应变达到510%;在同样条件下AT82合金的断裂应变仅为380%;在拉伸变形的过程中,细小且坚硬的Mg2Sn颗粒与基体间容易出现变形不协调而引起孔洞的产生;而相比于AT82合金,ATZ811合金中的Mg2Sn颗粒数量明显减少且分布更均匀,不利于孔洞的生成,从而导致了优异的超塑性。（5）观察了高温拉伸过程中的显微组织演变,并探讨了高温超塑性变形机制,发现在变形过程中,AT82与ATZ811合金都没有发生明显的晶粒长大,这归功于晶界上大量析出相的抑制作用;两合金的织构在高温拉伸过程中逐渐减弱,且并非单纯的再结晶所导致,说明了晶界滑移（GBS）为300oC高温拉伸时的主导变形机制,这与应变速率敏感指数（m）以及变形激活能（Q）的计算结果与推论相吻合。