镁合金超塑性研究
汽车轮毂超塑性镁合金制备研发项目可行性研究报告
汽车轮毂超塑性镁合金制备研发项目可行性研究报告第一部分概述车辆轻量化发展已成为一个必然趋势，在确保车辆综合性能的前提下，增加镁合金产品在其中的比重则成为车辆轻量化的重要手段之一。
轮毂作为车辆的重要运动部件，它的轻量化不仅可以提高驾乘舒适度和车辆动力学性能，而且可以节能降耗、减少废气排放。
但现有镁合金轮毂制备工艺中，无论是锻造法还是铸造法，镁合金都需要在熔融状态下成形，在熔炼和加工过程中极容易氧化燃烧，生产难度很大，制造成本过高，同时，其强度、韧性和疲劳强度还有待进一步改善，目前国外汽车制造商只限用在跑车或概念车中。
本公司根据镁合金轮毂的结构特点，提出以超塑性复合挤压成形制备镁合金汽车轮毂方法，将固态镁板在较低温度下进行超塑性成形，避免了熔融成形的不足，使分子结晶得到细化纤维分布均匀，制造镁合金轮毂强度高、韧性好，耐蚀性好，成形工艺简单，成本低，可广泛应用在普通汽车中，对促进我国汽车行业的车辆轻量化发展有着重要意义，市场前景广阔，并符合国家节能减排政策导向，属《指南》三（一）1（2）交通工具轻量化用铝、镁、钛轻合金材料制品及深加工产品重点支持范围。
目前本项目处于中试生产阶段，涉及的关键技术已解决，相关的技术已授权了4项专利（2项发明专利），产品通过了国家机动车质量监督检验中心测试，各项指标均优于标准要求，并经重庆长安汽车股份有限公司用于车辆行驶试验，得到较为满意的答复，已达成了5000只订货意向，同时，已有多家汽车厂商与本公司达成了订货意向。
涉及的创新点为：创新点一：提出了一种超塑性复合挤压成形制备镁合金汽车轮毂的新工艺，实现了镁合金轮毂在较低温度下进行超塑性成形，使分子结晶得到细化纤维分布均匀，避免了镁合金在高温熔融状态下形成工艺复杂、成本高等不足，制造镁合金轮毂强度高、韧性好，耐蚀性好。
创新点二：设计了一种镁合金汽车轮毂精密成形装置，采用预成形凸模和成形凸模结合在一起对轮毂条幅一次成形，无需后续再冲挤加工，解决现有镁合金轮毂在铸造过程中缩松缩孔以及冷隔、分子结晶粒粗大等的问题。
MB15镁合金板材的超塑性能研究
Zn
Zr
Mn
5～6
013～019
011
Mg 余量
表 2 ( MB15) 镁合金的机械性能
加工状态 轧制
σb ( MPa) 270
力学性能 σs ( MPa)
160
δ ( %) 8
超塑性拉伸试验的试样沿轧制方向下料 , 标距 长度为 15mm , 宽度为 6mm 。
率拉伸 ; 同时采用拉伸速度突变法测定 MB15 镁合 金的 m 值 。试验结果表明 : MB15 镁合金在 280～ 400 ℃这段较宽的温度范围和 ε· = 5156 ×10 - 4～5156 ×10 - 3s - 1的初始应变速率范围内 , 均显示出较高的 超塑性指标和较低的流动应力值 , 并有较为理想的 应变速率敏感指数 m , 特别是 340 ℃时有最大的延 伸率 δ和应变速率敏感指数 m 。现仅将该温度下的 试验数据 , 绘制出如图 2 、3 、4 所示的曲线 。
3 陈拂晓 , 杨蕴林 , 上官林建等 1 MB26 镁合金的超塑性与超塑挤 压研究 1 热加工工艺 , 2001 (4) : 16～17
4 陈浦泉编著 1 组织超塑性 1 哈尔滨 : 哈尔滨工业大学出版社 , 19881
图 6 340 ℃不同应变速率下拉伸件的显微组织 (a) ε·= 5156 ×10 - 4s - 1 , (b) ε·= 5156 ×10 - 3s - 1 ,
(c) ε·= 5156 ×10 - 2s - 1
三 、结论
(1) 对于晶粒度为 519μm 的轧制态 MB15 镁合 金 , 在 280 ～ 400 ℃较宽的温度范围和 ε· = 5156 × 10 - 4s - 1～5156 ×10 - 2 s - 1 的初始应变速率范围内均 能呈现超塑性 。在最佳变形条件 340 ℃, 应变速率ε· = 5156 ×10 - 4 s - 1 时 , 应变 速 率 敏 感 指 数 m 值 为 0151 , 延伸率δ为 415 % , 流动应力σ仅为 11M Pa 。 观察试件无明显颈缩 , 在变形过程中保持了均匀变 形。
ECAE镁合金超塑性变形行为的研究的开题报告
ECAE镁合金超塑性变形行为的研究的开题报告题目：ECAE镁合金超塑性变形行为的研究背景和意义：随着现代工业的不断发展，轻质高强材料的需求也越来越大。
镁合金因其较低的密度和优异的力学性能，在汽车、航空航天等领域被广泛应用。
然而，镁合金的低塑性和易于疲劳等缺点限制了其进一步的应用。
因此，开发出新的提高镁合金塑性的方法变得十分必要。
超塑性是指材料在高温下具有超过1000%的延伸率，是一种可行的改善材料原有塑性的方法。
而挤压等通道变形（ECAE）作为一种有效的获得超塑性材料的方法，被广泛应用于金属材料的研究中。
本研究旨在通过ECAE工艺来改善镁合金的塑性，并探究其超塑性变形行为和机理，为镁合金的应用和发展提供理论依据和实验支撑。
研究内容：1. ECAE工艺在镁合金中的应用2. 镁合金经过ECAE后的塑性及其超塑性特性研究3. 镁合金经过ECAE后的微观组织演变和变形机理分析研究方法：1. 预备工作：选取合适的镁合金，设计合适的ECAE工艺参数2. 材料制备：采用ECAE工艺对镁合金进行加工3. 材料性能测试：测量镁合金在不同温度下的真应力、真应变4. 材料分析：采用X射线衍射分析、扫描电子显微镜等手段对镁合金进行显微组织观察和分析研究预期结果：1. 通过ECAE工艺提高镁合金的塑性2. 分析镁合金经过ECAE后的超塑性变形行为和机理3. 为镁合金的应用和发展提供理论依据和实验支撑参考文献：1. Valiev, R. Z., & Langdon, T. G. (2006). Principles of equal-channel angular pressing as a processing tool for grain refinement. Progress in Materials Scien ce, 51(7), 881-981.2. Wu, X. B., Lee, S. W., & Nakata, T. (2003). The superplastic deformation behavior of magnesium alloy processed by equal channel angular pressing. Materials Science and Engineering: A, 353(1-2), 50-58.3. Liu, H. M., Wu, X. B., Lee, S. W., & Nakata, T. (2002). Influence of extrusion die angle on the superplastic deformation of a Mg-Al-Zn alloy processed by equal channel angular pressing. Acta Materialia, 50(19), 4941-4949.。
AZ31B镁合金板材超塑性变形与断裂机理研究
收稿日期:2005-04-03 基金项目:重庆市科委自然科学基金资助项目(8413) 第一作者简介:宋美娟(1963-),女,湖北武汉人,博士研究生,副教授。
AZ31B 镁合金板材超塑性变形与断裂机理研究宋美娟,1,2,王智祥2,汪凌云1,刘筱薇2(1.重庆大学材料科学与工程学院,重庆400044;2.重庆科技学院,重庆400050)摘要:研究了工业态热轧AZ 31B 镁合金板材的超塑性及其变形机制,在应变温度为723K,应变速率为1×1023s 21的试验条件下,其最大断裂伸长率达到216%,应变速率敏感性指数达0136。
研究结果表明:晶界滑动(G BS )是工业态热轧AZ 31B 镁合金超塑性的主要变形机制,变形初期有动态再结晶发生,断裂是由晶界处形成的空洞不断长大、连接而引起的。
关键词:AZ 31B 镁合金;超塑性;晶界滑动;空洞中图分类号:TG 146.22;TG 135.3 文献标识码:A 文章编号:1007-7235(2005)08-0040-04Superplasticity and Fracture Mechanism of AZ 31B Magnesium Alloy SheetS ONG Mei 2juan ,WANG Zhi 2xiang ,WANGLing 2yun ,LI U X iao 2wei(1.College of Material Science and E ngineering ,Chongqing U niversity ,Chongqing 400044,China ;2.Chongqing I nstitute of Science and T echnology ,Chongqing 400050,China)Abstract :This paper investigate the superplasticity and fracture mechanism in a commercial hot rolling AZ 31B magnesium alloy sheet ,the maximum elongation 2to 2failure reaches 216%at tem peratures 723K and strain rates 1×10s 21,a high strain rate sensitivi 2ty exponent reaches 0.36.Investigation suggest that grain boundary sliding (G S B )is substantial deformation mechanism ,and there is the dynamic re 2crystallization at early stage ,cavity growth and linking to make tensile specimen fractured.K ey w ords :AZ 31B magnesium alloy ;superplasticity ;grain bounding sliding ;cavity 近年来,镁合金以其密度小,比强度、比刚度高,阻尼性、导热性好,电磁屏蔽性强,铸造成本低,易回收,无污染等优点,成为航空、航天、汽车、通讯电子等领域特别是汽车工业构件的优选材料[1,2]。
镁合金板材超塑性成形性能及变形失稳
镁合金板材超塑性成形性能及变形失稳文章研究了轧制AZ31B镁合金板材的超塑性与变形失稳，对镁合金板材进行了超塑性拉伸试验和超塑性凸模胀形试验。
通过对AZ31B镁合金进行超塑性单向拉伸（初始应变比？籽00）实验，研究其在不同加载途径下变形过程中板平面内的两主应变（？着1，？着2）的分布和最小截面处的应变路径变化。
结果表明：在一定变形速度与温度下，工业态AZ31B镁合金板材具有优良的超塑性；在变形温度为573K中温条件下的超塑性成形性合乎成形零件的基本要求。
标签：AZ31B镁合金；超塑性；成形性能；变形失稳Abstract：The superplasticity and deformation instability of rolled AZ31B magnesium alloy sheet were studied in this paper. The superplastic tensile test and the bulging test of superplastic convex die were carried out on the magnesium alloy sheet. The superplastic uniaxial tensile test （initial strain ratio ρ00）were carried out on AZ31B magnesium alloy. The distribution of two principal strains （？著1，？着2）and the variation of strain path at the minimum cross section in the plate plane during different loading paths are studied. The results show that the industrial AZ31B magnesium alloy sheet has excellent superplasticity at a certain deformation rate and temperature，and the superplastic formability at a deformation temperature of 573K meets the basic requirements of forming parts.Keywords：AZ31B magnesium alloy；superplasticity；formability；deformation instability目前，工业中的铝、钛等合金零件的生产多使用超塑性成形工艺，而超塑性成形工艺较少用于镁合金零件的生产过程。
AZ31B镁合金的超塑性力学特征及变形机制
2 AZ31B镁合金的超塑性力学特征及变形机制2.1 引言目前，超塑成形主要用于航空工业中的铝、钛等合金零件的生产，很少用于镁合金零件的生产。
由于镁金属的密排六方结构，其室温塑性加工性能较差，超塑成形对于镁合金的应用显得十分重要。
随着镁合金研究和应用的进一步发展，在节能环保的新工业时代，超塑性镁合金的应用将会日益增加，这对工业态(commercial)镁合金而言，意义尤其重大。
镁合金细晶超塑性变形及控制机理已有大量的相关报道，而对具有非典型等轴细晶的工业态(commercial)变形镁合金超塑性的研究较少，因此有必要对工业态(commercial)变形镁合金超塑变形的微观机制作深入研究。
本章对工业态热轧AZ31B镁合金板材的超塑性力学特征和变形机制进行了研究。
试验用热轧AZ31B镁合金板材超塑性拉伸试样的原始组织平均晶粒尺寸约为17.5μm，且组织不均匀，不具有典型等轴细晶组织。
超塑性拉伸试验在重庆钢铁股份有限公司钢铁研究所物理实验室的HT-9102电脑伺服控制材料试验机上进行，高温拉伸试验的温度范围为673~763K，应变速率范围为1×104-~1×103-1-s。
试验测定工业态轧制AZ31B镁合金超塑性变形应变速率敏感性指数m值，流动应力σ和延伸率δ等数据，以及厚向异性指数r、应变强化指数n等成形性能参数。
并寻求轧制AZ31B镁合金板材最佳超塑性变形温度和应变速率，以获得其超塑性最佳变形条件。
采用XL30-TMP扫描电镜对拉伸后试样的断口及超塑性变形轴剖面的空洞进行观察和分析。
旨在为其工业应用打下一定的理论基础。
2.2 AZ31B镁合金超塑性高温拉伸试验2.2.1 试验材料和试样本文研究的实验用材料为工业态热轧AZ31B镁合金板材。
其制备过程为：选取工业态镁合金AZ31B铸锭（化学成分见表2.1），铣面后坯料厚度尺寸为40mm。
坯料的加热温度为733~743K，保温时间6小时；轧制工艺制度：开轧温度为723~733K，热轧道次变形量为15~20%，在轧制过程中采用测温仪测量坯料温度，当温度低于573K时就返回加热炉再加热，使温度达到703~723K，保温时间为1小时。
改善变形镁合金塑性的研究进展
改善变形镁合金塑性的研究进展*任红霞,刘长瑞,张 娟,鞠克江(西安建筑科技大学冶金工程学院,陕西西安710055)摘 要:综述了变形镁合金的基本塑性变形特征,变形镁合金常温下因塑性较差限制其发展,故改善变形镁合金的塑性成为变形镁合金研究与应用中急需解决的重点。
细化晶粒、提高变形温度和超塑性变形等方法可以显著提高变形镁合金的塑性,本文介绍了以上2种方法改善变形镁合金塑性的最新研究进展。
关键词:变形镁合金;塑性变形;晶粒细化;超塑性中图分类号:T G146 文献标志码:A镁及镁合金是21世纪轻量化材料,其比重轻,比强度和比刚度高,阻尼性、导热性、切削加工性和铸造性好,具有电磁屏蔽能力强、尺寸稳定、资源丰富、容易回收等一系列优点,其开发和应用受到越来越多的关注,成了 最年轻的金属结构材料之一[1]。
目前,镁合金的应用主要是以模铸、压铸等工艺生产产品,但产品容易出现晶粒粗大、组织太致密、成分偏析且力学性能偏低等缺陷,不能充分发挥镁合金的性能优势。
与铸造镁合金相比,变形镁合金晶粒细小,无偏析和微观孔洞,具有优良的综合性能以及较高的强度、塑形和韧性。
此外,众多领域所需板材、棒材、管材和型材等重要结构材料只能用塑性成型工艺生产,但是镁合金塑性较差、成形困难及成材率低成为变形镁合金加工与应用的瓶颈,因此改善变形镁合金的塑性成为其应用中急需解决的关键技术之一。
细化晶粒、提高变形温度和超塑性变形可以显著改善镁合金的塑性,是较有前景的塑性改善方法。
本文从以上3个方面介绍了变形镁合金塑性改善的研究进展,并指出塑性变形技术进一步的发展方向。
1 变形镁合金的塑性变形特征镁合金属于密排六方晶体结构,对称性低,室温下滑移系少,塑性变形时只有基面滑移和角锥面孪体质量分数容易偏低。
通过观察,固体质量分数过低,达到工艺范围下限时漆膜会出现缩孔,因此应定期向槽液内补加高浓度颜料浆与树脂,保持电泳漆的固体质量分数在工艺要求范围内,保持在工艺范围的中限较好。
镁合金材料超塑性的研究进展
镁合金是继钢铁和铝合金之后发 展起来的第三类金属结构材料 ,并被称 之为“21 世 纪 绿 色 金 属 结 构 工 程 材 料”[1 ,2 ] 。
由于晶 体 发 生 塑 性 变 形 时 滑 移 面 总是原子排列的最密排面 ,而滑移方向 总是原子排列的最密方向 。因此 ,密排六方结构的多 晶镁 ,其塑性变形在低于 498 K 时仅限于基面{0001} 〈11 20〉滑移及锥面{101 1}〈10 11〉孪生 [3 ,4] 。镁合金 变形时只有 3 个几何滑移系和 2 个独立滑移系 ,与其 它常用金属如铝 、铁 、铜相比 ,镁的滑移系少是造成其 塑性变形能力差的主要原因 。目前 ,大多数镁合金产 品都是用铸造方法生产的 ,很少采用锻压 、轧制 、挤压 等塑性成型方法加工 ,这使镁合金的应用受到了极大 地限制 。为此 , 镁合金超塑成形受到国内外广泛关 注[5] 。 目前 ,超塑成形技术主要用于铝 、钛等合金零件的 生产 ,很少用于镁合金零件的生产[6 ,7] 。因此 ,研究镁 合金超塑性及其成形技术对于扩大镁合金应用范围 、
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铸造技术 FOUNDR Y TEC HNOLO GY
Vol. 26 No . 8 Aug. 2005
镁合金材料超塑性的研究进展
宋佩维1 ,2 ,郭学锋2 ,张忠明2 ,徐春杰2 ,井晓天2
(1. 陕西理工学院机电工程系 ,陕西 汉中 723003 ;2. 西安理工大学材料科学与工程学院 ,陕西 西安 710048)
摘要 :综述了镁合金超塑变形的机理与特点 ,评述镁合金超塑性研究现状 ,指出了细晶超塑性 、大晶粒超塑性 、高应变速率超 塑性和低温超塑性是镁合金超塑性研究的重点和发展方向 。 关键词 :镁合金 ;超塑性 ;研究现状 ;发展方向 中图分类号 : T G146. 2 + 2 ; T G113. 25 + 3 文献标识码 :A 文章编号 :100028365 (2005) 0820664203
镁合金剧烈塑性变形力学性能研究(模板3)
毕业论文开题报告镁合金剧烈塑性变形力学性能研究一、选题背景和意义镁合金做为一种新型金属材料，已被广泛应用于汽车、计算机、通讯及航空航天等众多领域，许多国家将之视为２１世纪的重要战略物资，提出了若干重大的研究与开发计划。
在此背景下，深入分析这一新型金属材料的发展前景并拟定相应的对策，具有重要的意义。
镁合金是最轻的金属结构材料，其密度为1.75-1.90g／cm3；其比强度高于铝合金和钢，略低于比强度最高的纤维增强塑料；其机加工性能优良，易加工且加工成本低，加工能量仅为铝合金的70％；其耐腐蚀性比低碳钢好得多，已超过压铸铝合金A380；其减振性、电磁屏蔽性远优于铝合金。
另外，镁合金的低密度、低熔点、低动力学黏度、低比热容、低相变潜热以及与铁的亲和力小等特点，使其具有熔化耗能少、充型变速快、凝固速度快、实际压铸周期短、模具使用寿命长等优势，极适合于采用现代压铸技术进行成形加工，直接制备出薄壁和近终形复杂形状的零部件。
而且镁合金压铸件的性能优良，在常规使用条件下替代钢、铝合金、塑料等制件的效果非常好。
在实现产品轻量化的同时，还使产品具有优良的特殊功能，并且在镁合金压铸件报废后，还可以直接回收再利用，符合环保要求。
所以，综合性能优良的镁合金被誉为“21世纪金属”并被广泛应用于汽车、计算机、通讯等广阔领域。
虽然镁合金具有一系列的优良性能，然而镁具有密排六方结构，塑性差，难以塑性加工。
本课题是为了研究改善镁合金的力学性能的途径，使镁合金更好的应用于工业领域。
晶粒细化及组织控制是改善提高金属材料性能的有效途径。
晶粒细化能够大幅度提高镁合金的室温强度,塑性和超塑性成形。
细化晶粒的方法有很多，如锻造，挤压，轧制以及随后的再结晶退火处理工艺等。
而等通道转角挤压(ECAP)作为一种可细化合金组织、改善性能、提高材料成形性的塑形加工技术在国内外学术界被广泛的研究。
二、课题关键问题及难点本课题重点研究镁合金采用等通道转角挤压工艺与材料晶粒细化的关联，以及由此而引发的材料组织、力学性能等的变化；研究了ECAP工艺对材料性能、材料组织关系等的作用与影响．如何确定外切角ψ、内切角Φ的大小，及挤压路线、挤压次数、挤压温度和挤压速度的选择。
镁合金强塑性变形的研究进展
累积叠轧（Accumulative roll bonding, ARB）工艺原理如图 1 所示 ：将两块长宽相等、厚度均为 h 的板材表面处理并固定在一 起，加热后轧制成厚度为 h 的板材。再将轧制后的板制备成尺寸 相等的两块板，继续轧制，直至达到所需变形量。在 ARB 变形过 程中，如果忽略板材在变形过程中的宽展，则材料在变形前后尺 寸几乎无变化，因此理想状态下，可以获取相当大的总应变量。 与其他剧烈塑性变形技术相比，ARB 变形工艺简单，成本低，不 需要特殊的设备或模具，生产效率高，容易实现工业化生产。
性和发展方向。
关键词 ：强塑性变形 ；镁合金 ；等通道转角挤压 ；累积叠轧 ；高压扭转 ；多向锻造
中图分类号 ：TG319 文献标识码 ：A
文章编号 ：11-5004（2019）02-0280-2
由于镁合金具有密度低、比强度高、阻尼减震性和生物兼容 性好等优点，使得镁合金在交通、医疗、电子、军工等领域得到 普遍使用，且使用趋势不断扩大。但在使用及研究过程中，镁合 金的不足之处也逐渐显现出来，其缺点主要包括塑性较差、绝对 强度低、耐腐蚀性差等，这些缺点限制了镁合金的应用和发展。 大量试验结果显示，细化镁合金的晶粒可以激活棱柱面滑移系 等，有效改善其塑性加工成形性能，同时提高其综合力学性能。
收稿日期 ：2019-02 作者简介 ：任晨辉，女，生于 1985 年，汉族，河南辉县人，硕士研究生，工程师， 研究方向 ：有色、黑色金属材料加工工艺设计、工艺研究及工程管理。
镁合金板材超塑性成形极限的实验研究
２ ９
镁 合 金 板 材 超 塑 性 成 形 极 限 的 实 验 研 究
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｓ ａ ｃ ｎ Ｓｕｐ ｒ ａ ｔｃ Ｆｏｒ ｉ ｇ Ｌｉ ｉ ｆ ｅ ｐｌ ｓ ｉ ｍ ｎ ｍ ｔｏ Ｍ ａ ｎｅ ｉ ｇ ｓ ｕｍ ｌｏ Ａ ｌ ｙ Ｓｈｅ ｔ ｅ
ｇａ （ ｒ ｍ ＦＬＤ） ｔ ５ ３ ａ ．３× １ Ｓ ａ ７ Ｋ ｎｄ ３ ０ ＿。ｗａ ｓ ａ ｉ ｈ ｄ ｆ ｒ ｔ ｅ ｆｒ ｔ ｔｍ ｅ Ｉ Ｓ ｆ ｕｎｄ ｔ ｔ，ｅｔ ｒ ｉ ｓ ｅ ｔ ｂｌｓ ｅ ｏ ｈ ｉｓ ｉ ． ｔ ｉ ｏ ｈａ ｉｈｅ ｎ
ｔ ｎ ｉ －ｏ ｒ ｓ ｉｅ ｄ ｆ ｒ ｔｏ ｒ ｉ ｉ ｘｓ ｔｎ ｉｅ ｄ ｆ ｒ ｔｏ ｅ ｓｌ ｃ ｍｐ ｅ ｓｖ ｅｏ ｍａｉｎ ｏ ｎ ｂ－ ｉ ｅ ｓｌ ｅｏ ｍａ ｉｎ， ｔ ｅ ｊ ｄ ｍｅ ｔ ｃｉｅ ｉｎ ｆ ｒ ｌｃ ｌ ｅ ａ ｈ ｕ ｇ ｎ ｒｔ ｒｏ ｏ ｏ ａ
成 形性 能 的优 劣往 往决 定着 一种 使 用性 能优 越 的
材料 能否 得到 实 际应用 。在 材料 的成 形 性能 中最 为 重 要 的是 成 形 极 限 的大 小 。材 料 的成 形 极 限 曲线 Ｆ Ｃ Ｌ
对 超塑性 板 料拉 伸 失稳 的研 究 目前还 较 少［ 。 ４ ］ 本 工作 通 过 超 塑 性 凸模 胀 形 实 验 建 立 了 ＡＺ １ ３Ｂ
宋 美 娟 ， 汪凌 云 刘饶 川 ， ， 向
毅
（ １重 庆科 技学 院 机 械 系 ， 庆 ４ ０ ５ ； 庆 大学 材 料科 学 与工程 学 院 ， 庆 ４ ０ ４ ） 重 ０ ０ ０ ２重 重 ０ ０ ４
ＳＯＮＧ ｅ— ａ ，Ｗ ＡＮＧ ｎｇ ｙ ，ＬＩ Ｒａ — ｈ ｎ Ｍ ｉｉ ｎ ｕ Ｌｉ － ｕｎ Ｕ ｏ ｃ ｕａ ，ＸＩ ＡＮＧ Ｙｉ
南昌大学科技成果——镁合金塑性成形机理及技术研究
南昌大学科技成果——镁合金塑性成形机理及技术研究
研究内容该项目研究了ME20M镁合金板料热拉深成形；提出了适合镁合金板料热成形的含非常应变软化因子的高温流变应力数学模型，并通过用户子程序二次开发VUMAT将其加入到数值模拟软件ABAQUSA/explicit中去；通过金相组织实验，在各种成形条件下热拉深筒形件断面组织结构，得到不同成形工艺参数对镁合金组织性能的影响结果。
技术特点
用塑性成形法加工得到的镁合金制品具有较高的强度和良好的韧性和某些特有的机械性能，可满足多样化结构件的需求。
镁合金板料的冲压产品具有较好的力学性能和表面质量成为镁合金材料应用的一个趋势，而在冲压工艺中又以拉深工艺应用较广。
镁合金拉深工艺是一种塑性加工工艺，其加工过程能源消耗小，对环境污染小。
本项目的研究成果对生态环境的保护起到很大的作用，具有很抢、强的经济效益和生态效益。
推广应用前景
本项目的研究成果对指导镁合金产品设计、缩短产品开发周期、减少材料消耗和保证产品质量等具有科学意义和重要的实际应用价值。
故其在汽车行业、3C行业、航空航天、国防方面等都有广泛推广应用前景，在其塑性成形产品生产实际中也能起到重要的指导作用，大大降低生产成本。
合作方式技术入股、技术转让。
镁合金塑性变形机理研究进展
镁合金塑性变形机理研究进展一、本文概述镁合金作为一种轻质、高强度的金属材料，在航空航天、汽车制造、电子通讯等领域具有广泛的应用前景。
然而，镁合金在塑性变形过程中面临着诸多挑战，如室温下塑性较差、易产生应力腐蚀等问题，限制了其在实际应用中的性能发挥。
因此，深入研究镁合金的塑性变形机理，对于提升镁合金的综合性能、推动其在更广泛领域的应用具有重要意义。
本文旨在综述镁合金塑性变形机理的研究进展，从镁合金的塑性变形行为、变形过程中的微观组织演变、变形机制及影响因素等方面进行总结和分析。
文章首先简要介绍了镁合金的基本特性及其应用现状，然后重点回顾了近年来镁合金塑性变形机理的相关研究成果，包括塑性变形的微观机制、变形过程中的应力应变行为、合金元素对塑性变形的影响等。
文章对镁合金塑性变形机理的未来研究方向进行了展望，以期为镁合金的进一步研究和应用提供有益的参考。
二、镁合金的塑性变形行为镁合金作为轻质高强度的金属材料，其塑性变形行为一直是材料科学领域的研究热点。
镁合金的塑性变形主要涉及到滑移、孪生以及晶界滑移等多种机制。
这些机制在镁合金的变形过程中相互作用，共同影响着镁合金的力学性能和微观组织演变。
滑移是镁合金塑性变形中最主要的变形机制。
镁合金中的滑移系主要包括基面滑移、柱面滑移和锥面滑移。
其中，基面滑移是最容易激活的滑移系，但由于其滑移方向的限制，通常不能完全协调镁合金的宏观变形。
柱面滑移和锥面滑移的激活则需要更高的临界剪切应力，但在高温或变形量较大时，这些滑移系也能被有效激活，从而改善镁合金的塑性变形能力。
孪生在镁合金塑性变形中也扮演着重要角色。
特别是在低温和高应变速率下，孪生成为镁合金的主要变形机制。
孪生不仅能够协调镁合金的宏观变形，还能细化晶粒，提高镁合金的强度和韧性。
然而，孪生也会引入新的织构，影响镁合金的后续变形行为。
除了滑移和孪生外，晶界滑移也是镁合金塑性变形中不可忽视的变形机制。
晶界滑移能够协调不同晶粒间的变形，使得镁合金在宏观上表现出良好的塑性。
镁合金在大变形和高应变率下塑性变形研究进展_宁俊生
镁合金在大变形和高应变率下塑性变形研究进展Research and Prog ress of Plastic Deformation o f M ag nesium A lloy sat H igh S train Rate and Large Deformation宁俊生1,范亚夫2,彭秀峰1(1烟台大学物理系,山东烟台264005;2中国兵器工业集团第五二研究所烟台分所,山东烟台264000)NING Jun-sheng1,FAN Ya-fu2,PENG Xiu-feng1 (1Phy sics Department of Yantai U niversity,Yantai264005,Shandong,China;2Yantai Branch of No.52Institute o f China Ordnance Industrie s Group,Yantai264000,Shandong,China)摘要:介绍了强应变塑性大变形下镁合金研究现状。
重点综述了在较高应变率及冲击载荷作用下关于镁合金变形的研究情况,同时也比较详细地综述了在不同温度、不同载荷作用下镁合金塑性变形特征及其物理机制。
最后简要介绍了几个描述材料在较高应变率和冲击载荷作用下变形行为的数学表示式,并就镁合金作为结构材料的研究说明了作者的一些看法。
关键词:镁合金;塑性大变形;高应变率;冲击载荷中图分类号:TG146.22 文献标识码:A 文章编号:1001-4381(2007)09-0067-07A bstract:Study about micro-structural changes of m ag nesium alloy s under large strains and severe plastic defo rmatio n w ere introduced.A ttention is concentrated on the research about the plastic de-fo rm ation of magnesium alloy s unde r impact loading and high strain rate.Meanw hile,the pro perties and phy sical mechanism s of plastic defo rmatio n of magnesium alloys under different lo ads and over a wide rang e of tem peratures we re review ed.Finally,sev eral fo rmula for describing the behaviors of magnesium alloy s under dy namic loading at hig h strain rate w as summ arized briefly,and so me sugges-tions on the study of m ag nesium alloy s used as structural m aterials were o ffered.Key words:magnesium alloy;larg e plastic defo rmatio n;hig h strain rate;impact loading 随着对镁合金研究的不断深入,镁合金优越的综合性能逐渐为人们所认识。
MB26镁合金的超塑性与超塑挤压研究
M B26镁合金的超塑性与超塑挤压研究陈拂晓1,杨蕴林1,上官林建1,马洪涛1,柏奇志2(1.洛阳工学院材料科学与工程系,河南洛阳471039;2.河南第二纺织机械股份有限公司)摘 要:研究了M B26镁合金的超塑性,找到了该合金的最佳超塑性条件,分析了变形速率、温度等因素对该合金超塑性的影响。
另外还对该合金的超塑性挤压作了实验研究。
关键词:超塑性;超塑性挤压;镁合金中图分类号:T G379 文献标识码:A 文章编号:100123814(2001)0420016202Researches on Superpla stic ity and Superpla stic Extrusion i n M B26M agnesiu m A lloy CHEN Fu2x ia o1,Y ANG Yun2lin1,SHANGGUAN L in2jia n1,MA Hong2ta o1,BA I Q i2zh i2(1.D ep t.of M a ter S ci.&E ng.,L uoy ang Institu te of T echnology;2.H enan S econd S p inn ing&W eav ing M ach ine L td.Co.)Abstract:T he superp lastic flow characteristics of ho t ex truded M B26m agnesium alloy under the conditi on s of ten si on are studied.T he effects of defo rm ati on temperatu re and strain rate on superp lasticity are analyzed.T he superp lastic ex tru si on of M B26m agnesium alloy is also studied.Key words:superp lasticity;superp lastic ex tru si on;m agnesium alloyΞ M B26合金是在M B15合金基础上添加富钇混合稀土元素而研制的高强度变形镁合金。
AZ31镁合金的超塑性研究
Ｆ ｅ
ｎ ｎ０ ４
Ｃｕ
０ ００ ８
较 为 复杂 ， 本也 高 ， 成 因此在 工业 上 的应 用 受到 限 制 。挤 压态 ＡＺ １ 合金 具有 成熟 的生 产工 艺 以 ３ 镁 及 十分 广阔 的应 用 前景 ， 塑性 加 工 镁 合 金理 想 是
的原 材 料 ｌ 。对 ＡＺ １镁 合 金 超 塑 性 的 研 究 有 ６ ｑ］ ３
性 是提 高材料 塑性 变形 能力 的重 要途径 。 目前关 于镁合 金 的超 塑性 研究 主要 集 中在对超 细 晶镁合
计算 超 塑性 参 数 。最 后 在 Ｃ Ａ一３ Ｘ ７ ３电 镜 上 貌分 析 。 Ｅ
表 １ Ａ ３ 镁 合金的化学成分 （ ／ ） Ｚ１ ％
镁 具 有 密 排 六 方 晶 体 结 构 ， 性 变 形 时 可 以 塑 开 动 的 滑 移 系 少 ， 此 塑 性 加 工 性 能 较 差 。 超 塑 因
样 预热 １ ｎ 以使试 样 获得 均 匀 的温 度 。测 量 ５ｍｉ ， 试样 力一 伸长 曲线 ， 制 试 样 真应 力一 应 变 曲线 ， 绘 真
通 常 采 用 等 角 挤 压 或 快 速 凝 固 的 方 法 获 得 １肚 ｍ
以下 的细小 晶粒 ， 种 组 织 的合 金 一 般 具 有 较 高 这
的 超 塑 性 变 形 能 力 ］ 但 是 获 取 超 细 晶 的 工 艺 。
Ｚ ｎ
ｎ ９９ Ｒ
Ｍｎ
ｎ Ｒ ４
Ｓ ｉ
Ｆｉ １ Ｍ ｉ ｒ ｓ ｒ ｃ ｕｒ ｇ． ｃ ｏ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏｆ ＡＺ３１ ｍ ａ ｎｅ ｉ ｇ ｓ ｕｍ ｌｏ ａ ｌｙ
所示 。ＡＺ １ 合 金 的 显 微 组 织 为 ａＭｇ以 及 晶 ３ 镁 — 界上 分布 的 Ｍｇ Ａ１ 晶粒尺 寸 为 ３ ． ｍ。 ７ ５肚 超 塑 性 拉 伸 试 验 在 Ｓ ｉ ｄ ｕ 司 生 产 的 ｈｍａ ｚ 公 ＤＳ ５ Ｃ２ Ｔ高温 拉 伸 试 验 机上 进 行 ， 热 炉 内温 度 加 误差 控 制在 ± １。 Ｃ。将 挤 压棒 加 工 成 拉 伸试 样 ， 尺寸 为 ５ｍｌ ×１ Ｔ Ｔ ｌ ５ ｍＩ。试 验 温 度 分别 为 ４ ０ ｌ ０，
镁合金板材超塑性成形极限的实验研究
镁合金板材超塑性成形极限的实验研究Research on Superplastic Form ing Limit ofM agnesium A lloy Sheet宋美娟1,汪凌云2,刘饶川1,向 毅1 (1重庆科技学院机械系,重庆400050;2重庆大学材料科学与工程学院,重庆400044)SONG M ei juan1,WANG Ling yun2,LIU Rao chuan1,XIANG Yi1(1Department of Mechanical Engineering,Cho ng qingU niversity of Science and Technolog y,Cho ng qing400050,China;2College o f Materials Science and Eng ineer ing,Chongqing Univ er sity,Chong qing400044,China)摘要:通过超塑性刚性凸模胀形实验研究了A Z31B镁合金板材的超塑性成形极限。
在变形温度为573K,初始变形速率为3.3 10-4s-1的条件下,建立了A Z31B镁合金板料成形极限实验曲线(FL C),并且得到无论在拉压变形方式或是在双向受拉变形方式下超塑性变形时,A Z31B镁合金板料发生集中性失稳的条件均是d 2=0。
关键词:A Z31B镁合金;超塑性;成形极限;失稳中图分类号:T G135.3 文献标识码:A 文章编号:1001 4381(2007)07 0029 04Abstract:T he superplastic bulging test of AZ31B magnesium alloy sheet of0.6mm thick w as carried out on Alliance RT/50tensile machine at573K and3.3 10-4s-1.the superplastic fo rming lim it dia g ram(FLD)at573K and3.3 10-4s-1w as established for the first time.It is found that,either in tensile compressiv e defor matio n or in bi axis tensile defor matio n,the judg ment criter io n for local necking o f superplastic defo rmatio n is d 2=0.Key words:A Z31B m ag nesium alloy;super plasticity;FLD;plastic instability成形性能的优劣往往决定着一种使用性能优越的材料能否得到实际应用。
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变形过程中发生了晶粒的长大 。
1. 2 镁合金的超塑性机制
镁合金的超塑性变形速率 q 一般通过式 (2) 来
描述[12] 。
ε=
A(
GbD0 )
(
b)
p (σ-
σ th )
n exp (
-
Q)
(2)
kT d
G
RT
式中 , A 为常数 , G 为剪切模量 ; b 为伯格斯矢量 ; k 为玻尔茨曼常数 ; T 为绝对温度 ;σth 为阀值应力 ; d
Abstract : Magnesium alloys generally have bad plasticity at ambient temperatures. The plasticity can be improved by heating the magnesium alloys to high temperatures. It has been reported that magnesium alloys like AZ31 ,AZ61 ,AZ91 have superplasticity at high temperatures with slow plastic deformation velocity. Recent researches indicate that superplasticity can be realized at relatively lower temperatures and higher deformation velocities. This suggests that magnesium alloys have good potentials for industrial applica2 tions. This paper reviews the researches on superplasticity of magnesium alloys. Main achievements of the researches are stated. Re2 maining issues and potential research subjects are analyzed. Key words : magnesium ;magnesium alloys ;superplasticity ;plastic processing
仔细分析这些数据可以看出 ,镁合金超塑变形 的激活能 Q 与合金种类及加工方法没有明显相关 性 ,但与变形温度之间有一定关系 。Watanabe 在分 析 AZ61 合金的超塑性行为时指出 ,超塑流动的激活 能在 585 K处有明显变化 ,即在该温度以下时接近晶 界扩散激活能 ,而在该温度以上时接近晶格扩散激 活能[8] 。尽管合金不同 ,但从文献 [ 1 ] 的结果来看 , AZ91 合金在423 K～523 K(小于585 K) 的温度范围 内 ,其超塑流动激活能接近晶界扩散激活能 。而文
8
轻 合 金 加 工 技 术
2005 , Vol . 33 , №10
镁合金超塑性研究
曹 磊 ,丁汉林 ,刘六法
(上海交通大学 材料科学与工程学院 ,上海 200030)
摘要 :镁合金在室温下的塑性比较差 ,但在高温时塑性会有很大程度的改善 。AZ31 、AZ61 、AZ91 等合金在较高的温度 和较慢的拉伸速率下具有超塑性 。最新研究表明镁合金能够在低温和高变形速率下实现超塑性 ,因而具有工业化 应用的可能 。综述了镁合金超塑性研究领域的主要成果 ,分析了该领域研究中尚存在的一些问题 ,就今后的研究课 题及发展方向进行展望 。 关键词 :镁 ;镁合金 ;超塑性 ;变形加工 中图分类号 :TG146. 22 文献标识码 :A 文章编号 :1007 - 7235 (2005) 10 - 0008 - 05
料组织应力具有抑制晶粒长大的析出物的单相组织
或者是二相混合组织 。
塑性变形时 ,应力与应变速率之间一般有式 (1)
所示相关性 。
σ= K(ε) m
(1)
式中 ,σ为流变应力 , K 为材料常数 ,ε为应变速率 ,
m 为应变速率敏感系数 。与一般塑性变形时0. 1 ÷
m ÷ 0. 2不同 ,超塑性变形时 m 一般不小于 013 。研
Superplasticity of Magnesium Alloys
CAO Lei ,DING Han2lin ,LIU Liu2fa
( School of Materials Science and Engineering , Shanghai Jiaotong University , Shanghai 200030 , China)
收稿日期 :2005 - 05 - 20 第一作者简介 :曹 磊 (1979 - ) ,男 ,山东苍山人 ,硕士研究生 。
2005 , Vol . 33 , №10
轻 合 金 加 工 技 术
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1 镁合金的超塑性现象及机制研究
1. 1 镁合金的超塑性现象
超塑性一般指多晶体材料在拉伸变形过程中 ,
变形应力对应变速率有显著相关性 ,没有明显颈缩
而伸长率达到百分之百以上的塑性变形现象[6] 。它
发生在绝对温度为合金熔点的一半以上 ,应变速率 较慢 (约 1024 s21 ) ,及变形应力较低的条件下 。超塑性
材料一般要求其晶粒为等轴晶 ,晶粒尺寸较小 ( 在
10μm以下) 。为保证变形过程中晶粒不会长大 ,材
究表明 ,镁合金具有超塑性特征时其 m 值一般在0. 3 以上 ,往往达到0. 5左右[1～5 ,7 ,8 ,10] 。从目前的研究成
果看 , m 的值跟应变速率有一定的关系 (如图 1[1] 所
示) 。对某种镁合金而言 ,在其他试验条件相同时 ,
在超塑性最为显著的应变速率范围内 , m 具有最大
值 ,而在该应变速率范围两侧其值均有不同程度的
减小 。m 值大代表随应变速率的变化 ,体现材料超
塑性的最大断裂伸长率有显著的增长 ,反之则增长
不明显 。因此 ,确定 m 值的大小及对确定适用于工
业生产的应变速率范围具有指导作用 。
与其他合金类似 , 镁合金的超塑性对晶粒大小
有显著依赖关系。图 2 为镁合金超塑性随晶粒细化 的增长趋势[6] 。由图 2 可见 ,晶粒细化可以使镁合金 的超塑性得到明显增强 ,尤其当晶粒大小为几微米数 量级时 ,晶粒细化对超塑性的提升效果非常显著 ,在 1μm左右时最高可达 1 500 %以上 。Mabuchi 等在研究 AZ91 镁合金在473 K的超塑性时 ,发现了与上述规律 不同的现象 ,即退火处理尽管使 ECAE ( Equal Channel Angular Extrusion 等角转挤压) 处理后的试样晶粒长大 了约 4 倍 (由0. 7μm长大到3. 1μm) ,但其超塑性没有 降低反而有大幅度提高[1] 。作者将这种特殊现象归 因于 as2ECAE 试样中能够对晶界滑移产生调节作用 的许多 位 滑 移 被 非 平 衡 晶 界 引 起 的 长 程 应 力 所 阻 碍[1] 。而当退火处理使其晶粒进一步长大到37μm时 , 合金的流变应力大大增大 ,而最大断裂伸长率大大减 小 ,即其超塑性迅速下降[4] 。这说明退火过程中非平 衡晶界转化为平衡晶界对 as2ECAE 试样超塑性的提 高作用与晶粒长大的作用相反 ,当后者的作用强于前 者时 ,材料的超塑性会显著降低 。因此 ,对经过 ECAE 处理的具有非平衡晶界的材料而言 ,确定最佳退火工 艺使材料达到最大超塑性的研究具有非常重要的价 值。另一方面 ,研究并确立既能使材料晶粒得到细化 又能使其晶界具有平衡状态的方法同样具有极其重 要的意义 。
表 1 基于式 (3) 求得的扩散激活能 Q 的值[1 ,3 ,8]
合金
加工方法
AZ91 AZ91 ZK61 ZK60 AZ91 AZ91 AZ61 AZ61
PM( Powder Metallurgy) 铸锭冶金 PM IM as2ECAE ECAE + annealing as2extrusion as2extrusion
献[ 3 ]中的几种材料由于变形温度较高 ,其 Q 值均大
晶粒尺寸 ; p 为晶粒尺寸指数 ; D0 为扩散常数 ; Q
为扩散激活能 ; R 为气体常数 。
当 (σ- σth )ΠG 为常数时 , Q 可以通过式 (3) 来
计算[3 ,13 ] 。
Q=
-
R
9[ lnε( TΠG) ( dΠb) 9 (1ΠT)
p
]
(3)
基于式 (3) 所求得的 Q 值如表 1 所示 。
由于传统高温塑性加工具有变形温度高 ,工艺 控制复杂等缺点 ,迫切需要提高镁的低温塑性加工 性能 ,开发新的镁合金塑性加工方法 。晶粒细化可 以大幅度改善镁合金的室温力学性能 ,改善合金的 塑性加工性能 。镁合金的超塑性及利用其超塑性进 行塑性加工成形的研究越来越受到重视 。最新的研 究表明 ,当镁合金的晶粒尺寸达到1μm甚至更小时 , 能够在高应变速率 ( ≥1022 s21 ) [1 ,2] 或温度较低 (≈0. 5 Tm , Tm 为合金的熔点) [1～5] 的变形条件下实现超塑 性 。本文叙述最近镁合金超塑性的研究成果 ,并就 今后的发展方向进行展望 。
镁作为一种蕴藏量丰富的 ,对环境和人类没有 危害的再生型金属 ,在资源和环境问题日益变得突 出的状况下 ,其在汽车 、航空航天等迫切需要轻量化 的工业领域中的应用正受到前所未有的关注 。目前 镁合金零部件的制造方法主要还是压铸 、半固态铸 造等方法 。为了适应交通工具零部件等性能要求更 高的产品的制造要求 ,迫切需要开发镁合金的锻造 、 轧制 、挤压等塑性加工及成形技术 。
从图 2 也可以看出 ,变形温度对镁合金的超塑 性具有较大的影响 。当初始晶粒尺寸及应变等变形 条件相同时 ,较高的变形温度能使镁合金具有更佳