AZ31镁合金铸态组织及其退火工艺研究

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!"#$ 锻压装备与制造技术
!""# 年 第 $ 期
试验研究 !"#!$%&!’( ) $!*!+$,!"!
试样的化学成分 表*
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表’
编号 拉力 M N,
原始试样数据
拉伸前 拉伸后 宽 M :: 厚 M ::
>?6* 化学成分 3
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计算得标距 %% (;65::。如图 ’ 所示。
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浓度在枝晶网胞 心 部 （最 早 结 晶 的 枝 晶 干 ） 最低， 并 逐渐向枝晶网胞界面的方向增加，在非平衡共晶中
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温度 0 2
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图’
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铸坯拉伸试样示意图
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总杂质
宽 M ::
厚 M ::
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布于枝晶间和晶界处。铸坯规格为 !Z?[EHG ， 如图 E 所示。
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的优越性，所以其塑性加工技术越来越引起人们的 塑性较高， 可锻性好， 重视。’%SE 为 ",N’B 系合金， 应力腐蚀倾向小， 很适合塑性加工。 但是关于该合金 的具体加工工艺的报道却很少，有人曾对该合金高 温变形流变应力及组织性 能 等 进 行 过 分 析 研 究
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试样的制备 退火温度是影响均匀化退火效果的重要因素，
（@ ） 铸态组织 * （外部） （A ） 铸态组织 ’ （心部）
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铸态原始试样拉伸试验 设备： 7879#*((8 电子万能实验机。 试样尺寸 （* ） 厚度均为 *:: 左右；标距 % (;**<6 !&( ::= 由
晶，首先结晶的固相与随后析出的固相成分来不及 扩散均匀， 整个结晶过程中 ! 固溶体 平 均 成 分 将 沿 固相线向左下方偏移， 于是合金冷却至 @C 线 变 化 ， 共晶温度以下时仍有少量的液相存在。此时液相成 分接近共晶成分， 将转变为共晶体 （! 4"D*E>F*’ ） 。 因此，在非平衡结晶条件下， >?6* 合金的组织由枝 晶状的 ! 固溶体及非平衡共晶组成。 合金元素 >F 的
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"D9>* 合金相图
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达到最大值。通常，非平衡共晶中的 ! 相依附在 ! 初晶上， 形成离 " 相则以网状分布在枝晶网胞周围， 异共晶， 在显微组织中观察不到典型的共晶形态。 性提高并使冷、 热变形的工艺性能大大改善。 表.数 而塑性 $ 据表明： 均匀化退火后， 变形抗力 # 3 下降， 大大增加， 由此可以降低塑性变形时开裂的危险， 提 高变形速度。 同时由于降低了变形抗力， 还可以减少 变形功消耗， 提高设备生产效率和使用时间。 均匀化 退火可消除铸锭内的残余应力，改善铸锭的机械加 工性能； 能够消除铸锭化学成分的显微不均匀性， 也 可适当地提高合金的耐蚀性。 作为变形前的 总之， 对 %&’( 铸锭均匀化退火， 预备工序， 其首要目的在于提高合金的变形塑性， 为 后面的压缩试验做好准备。
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由于其他合金元素在镁基体中扩散系数低，如均匀 化退火温度低，保温时间势必延长且均匀化效果不 好。 温度过高， 凝固时产生的合金元素非平衡偏聚易 引起组织过烧， 晶粒容易长大影响后续加工性能。 特 别是在高温下， 镁合金的氧化程度会大大加剧， 从而 影响合金最终的综合性能。 ’%SE 合金的平衡固相线 温 度 约 为 HFHV TSU， 综 合 各 项 因 素 ， 本 试 验 选 取
理工大学学报， （: ） ,//, ， ,* 8:/9:.6
4.5
潘洪平， 丁志勇， 谢水生 6 镁合金加工技术 的 研 究 现 状 与 应 用 6 轻 合金加工技术， （* ） ,//, ， ’/ 8*9(/6
4-5
Baidu Nhomakorabea
刘正， 王越， 王中光， 等6镁 基 轻 质 材 料 的 研 究 与 应 用 〔; 〕 6材 料 研 究学报， （- ） ,/// ， 8.-(9.-:6
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编写组， 轻金属材料加工手册 （上 册 ） ， 4:5 《轻 金 属 材 料 加 工 手 册 》 北京 8 冶金工业出版社， (7*78(.,9(776
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(4*5
陶令恒 6 铸造手册 （非铁合金卷） 6 北京 8 机械工业出版社， (77.6
力学性能 铸锭直径 2 << 未经均匀化 （编号 . ） .,/0 均匀化
4,5
张士宏， 王忠堂， 等6镁 合 金 的 塑 性 加 工 技 术6金 属 成 形 工 艺 ， （- ） ,//, ， ,( 8(9.6
4’5
刘
环， 周
荣， 蒋业华， 卢 德 宏6镁 合 金 成 形 技 术 及 应 用6昆 明
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均匀化退火时组织的变化 均匀化退火时，主要的组织变化是枝晶偏析消
除和非平衡相溶解 。 由 于 %&’( 铸 态 组 织 中 ， 在 ! （") ） 基 体 上 分 布 有 条 块 状 ")(*%+(, 相 ， 所以退火 过程中， 上述两个过程均会发生。 如 图 - ， ! 固溶体 枝晶偏析基本消除， ")(*%+(, 相也部分溶解。
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铸态组织金相试验 设备： ,-./+.0’* 金相显微镜。 从退火后的镁合金棒中切取试样进行镶嵌 （预
（@ ） 图6 铸态组织 （A ）
先制备 1 、 打磨、 抛光、 腐蚀、 观察及显微组织的摄影。 所用的腐 蚀 剂 为 ： 2(3 的 乙 二 醇 4’(3 醋 酸 453 的 硝 酸溶液。所获得的金相组织照片见图 6 实验结果。
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结论 在 .,/0 下对铸棒 进 行 均 匀 化 退 火 后 ， 由 于 发
生了铸锭枝晶偏析的消除和非平衡相的溶解，镁合
图退火后的 %&’(
金的组织和性能均发生变化： 组织变得均匀， 晶粒大 小一致； 力学性能由于组织发生了变化， 也表现为强 度的下降， 而塑性大大提高， 使后续塑性变形工艺容 易进行。 【参考文献】
表 6
编号
力学性能
" A M "Q@
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# M3
*5 *2 *6 *5 *2
*
图* 铸坯示意图
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试验过程 退火工艺 先将炉温升到 &’() ， 待温度 设备 % 箱式电阻炉。
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恒定后， 再把镁合金铸锭水平放入， 保 温 *’+ ， 然后 随炉冷却。
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铸坯的规格
’%SE 镁合金铸坯由大同广灵精华集团提供 D 化
学成分见表 E 。供货状态为直接浇铸 （空冷 YD 没有进 行退火处理。基体为 ! 固溶体， 在基体 上 存 在 大 量 的粗大枝晶， 少 量 的 第 二 相 ",EW’BE? ， 呈骨骼状分
收稿日期： ?GGFNGSNEG 作者简介： 李 艳 （EZWZN ） ， 女， 硕士生， 助教， 主攻金属精密成形
（’ ） 试验数据 （表 ’ ）
!""# 年 第 $ 期
（6 ） 力学性能 （表 6 ）
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试验结果 退火组织 铸态合金的组织 如图 & 所示， >?6* 合 金 在 平 衡 结 晶 时 ， ! 固溶
!"#$ 锻压装备与制造技术
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图&
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体的成分将沿着 @A 线变化，并在 B 点结晶完毕， 整 个组织为成分均匀的固溶体，若在非平衡条件下结
4(5
叶久新， 陈明安， 等 6 镁合金及其成型技术 在 工 业 中 的 应 用 6 湖 南 大学学报， （’ ） ,//, ， ,7 8((,9((:6
枝晶偏析消除及非平衡相溶解是同时进行的两 个过程。 在均匀化过程开始阶段， 枝晶网胞与非平衡 相的界面处将建立相应于该均匀化温度下的浓度平 衡关系。在 .,/0 退火时， 首先 ! 固溶体成分发生均 匀化过程， 使 ! 枝晶与 " 相界面处 ! 固溶体浓度达 到低于 1 所表示的浓度值。由于界面处平衡关系破 坏， " 相将溶入 ! 基体中，因 而 ! 固 溶 体 枝 晶 边 部 浓度又升至平衡浓度。 这样的过程不断进行， !2" 界 面将向 " 相的方向移动， 而固溶体内部成 分 逐 渐 均 匀化。 表. 退火前后力学性能的比较
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退火过程中铸锭性能的变化 铸锭经均匀化退火后，由于发生了非平衡相的
溶解及过剩相的聚集、 球化等组织变化， 使室温下塑
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（(6IL1MN DCGOK1PGMQ LR !NGC> ， $>GBF>C /’//-( ， SN>CTG !NGC> ；
为 ’%SE 镁合金由铸态组织直接塑性变形提供了一 摘要： 研究了 ’%SE 合金的铸锭组织及其退火工艺， 定的参考依据。 铸态组织； 退火工艺； 塑性加工 关键词： 金属材料； ’%SE 镁合金； 中图分类号： $1EXFP?\? 文献标识码： ’
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序言 镁合金的塑性加工技术比铸造技术有不可替代
为此， 本文以 ’%SE 合金为研究对象， 对其铸锭 组织及其退火工艺进行研究，为 ’%SE 镁合金由铸 态组织直接塑性变形提供一定的参考依据。
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变形温度基本都在 SGGV 以上。为节约原材料， 缩短 加工工艺， 提出了由铸坯直接成形产品的方案。 但在 （", ） 基体上分布有条块 镁合金铸态显微组织中， ! 状 ",EW’BE? 相 ， ",N’B 系 合 金 的 固 液 两 相 区 范 围 较大， 而且镁是密排六方的晶体结构， 使合金元素在 镁基体中扩散速率很低，很容易在凝固过程中产生 枝晶偏析和形成非平衡相。 由 于 有 ",EW’BE? 相 这 类相的存在，使本来变形能力就很差的镁合金塑性 更差。 因此， 为了保证后续的等温压缩工艺和提高合 金组织成分的均匀性，需对试验合金铸锭进行均匀 化退火。
!"#!$%&!’( ) $!*!+$,- 试验研究
文章编号： （?GGF ） EFW?NGE?E GSNGGFWNGS
5?@< 镁合金铸态组织及其退火工艺研究
李 艳 E，刘奎立 ?，陈芳雷
E
（EP 中北大学 材料科学与工程系， 山西 太原 GSGGHE ； 河南 周口 F?FEGG ） ?P 周口师范学院 物理系，