变形镁合金形变热处理的研究.doc
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大连理工大学本科毕业设计(论文)
变形镁合金形变热处理的研究
Theresearchofdistortionmagnesiumalloyafterheatdeformationtreatment
学院(系):
材料科学与工程学院
专业:
金属材料工程
学生姓名:
学号:
指导教师:
评阅教师:
完成日期:
大连理工大学
DalianUniversityofTechnology
变形镁合金形变热处理的研究
摘要
镁及镁合金是目前最轻的金属结构材料,具有密度低、比强度和比刚度高、阻尼减震性好、导热性好、电磁屏蔽效果佳、机加工性能优良、零件尺寸稳定、易回收等优点,在航空航天、汽车、计算机、电子、通讯和家电等行业有着广泛的应用前景。
镁合金具有较好的铸造性能,目前镁合金产品以压铸件居多,但与铸造镁合金相比,变形镁合金晶粒细小,成分偏析低,具有较好的强度和塑性,是性能优良的镁合金,因此,镁合金塑性成形工艺的研究已成为世界镁工业中重要的方向。
由于镁合金密排六方的晶体结构,常温下塑性变形能力较差,加工成品率低,限制了其应用。
随着温度升高,原子振动幅度增大,会激活潜在的滑移面和滑移方向,使变形镁合金塑性性能大大改善。
本文从提高镁合金性能入手,将AZ31和AZ61挤压变形镁合金进行不同条件的热处理,研究T4处理、T5处理和T6处理对挤压变形镁合金显微组织和硬度的影响,结果表明:
AZ31镁合金在350℃固溶12h下得到了较优化的热处理工艺的组合,AZ31镁合金硬度值达到65.5HB。
AZ61镁合金在200℃时效12h下得到了较优化的热处理工艺的组合,AZ61镁合金硬度值达到70.0HB。
关键词:
AZ31镁合金;AZ61镁合金;热处理;显微组织;力学性能
Theresearchofdistortionmagnesiumalloyafterheatdeformationtreatment
Abstract
Magnesiumandmagnesiumalloyarethelightestmetallicstructuralmaterialatpresent.Theyhavebeenusedwidelyintheaviation,automotive,computer,andelectronicsindustries,duetotheiruniquepropertiessuchaslowdensity,highspecificstrengthandrigidity,gooddampingcapacityandheatconductivity,excellentelectromagneticshieldeffectivenessandmachinability,gooddimensionalstabilityandrecyclecharacter,andsoon.
Becauseoftheclosegrain,lowcompositionsegregationandhighstrengthandplasticity,wroughtMgalloyhasbetterpropertiesthancastMgalloy.ButMgalloyistheHCPcrystalstructure,thereforeitsplasticdeformationisworseatroomtemperature,andprocessedyieldisalsolower,whichcouldbelimititsapplication.TheplasticityofwroughtMgalloywillbegreatlyimprovedwithhighertemperature.ThebehaviorofpyroplasticdeformationofAZ31alloywassystematicallystudiedwithopticalmicroscopeandSEM.PhysicsandnumericalsimulationtechniquesuchasGleeble-1500thermalanalogcomputerandANSYSsoftwarewerealsoemployed.
Toenhancethemagnesiumalloyperformance,weputAZ31andAZ61extrusiondistortionmagnesiumalloyindifferentheattreatmentcondition.westudythebasictheoryandcraftexperimentofT4processing,T5processingandT6processingofAZ31andAZ61.Theresultshowthat:
TheoptimizedheattreatmenttechnicofisAZ31magnesiumalloy420℃12haftersolutiontreatmentwhilehardnessincreasesto65.5HB,andthegrainsizeissmall.TheoptimizedheattreatmenttechnicofisAZ61magnesiumalloy200℃12hafterageingtreatmentwhilehardnessincreasesto70.0HB,andthegrainsizeis15μm.
KeyWords:
AZ31magnesiumalloys;AZ61magnesiumalloys;Heattreatment;Microstructure;Mechanicalproperties
-V-
目录
摘要 II
Abstract III
1绪论 1
1.1镁及镁合金的概述 1
1.2镁及镁合金的基本性质 2
1.3镁合金的应用及前景 4
1.4镁合金的成型技术 5
1.4.1挤压铸造 5
1.4.2压铸 6
1.4.3半固态铸造 6
1.4.4轧制成型 7
1.4.5冲锻成型 7
1.4.6热挤压成型 8
1.5镁合金的热处理 8
1.5.1镁合金的热处理种类 8
1.5.2不同镁合金系的合金化及热处理 9
1.6论文的研究目的及研究内容 12
2AZ31、AZ61变形镁合金的电磁连铸 14
2.1引言 14
2.2电磁连铸基本原理 14
2.3镁合金电磁成型系统装置 15
2.4镁合金电磁连铸过程 16
2.4.1AZ31、AZ61镁合金成分 16
2.4.2镁合金的熔炼 17
2.4.3镁合金的防护 17
2.4.4镁合金的电磁连铸工艺参数 19
3变形镁合金的挤压成形 20
3.1引言 20
3.2挤压工艺参数的确定 20
3.3热处理前变形镁合金的显微组织 21
4挤压变形镁合金的热处理 22
4.1实验方法 22
4.1.1试样制备 22
4.1.2试验工艺参数 22
4.2热处理后变形镁合金的显微组织和力学性能 24
参考文献 32
致谢 34
变形镁合金形变热处理的研究
1绪论
1.1镁及镁合金的概述
进入21世纪,传统金属矿产资源的紧缺已成为全球性问题。
据资源专家估计,按目前世界钢铁与铝材的用量和发展计算,世界已探明储量的铁矿石与铝土矿的可开采年限分别只有约150年和50年,而我国铁矿和铝土矿资源则更加贫乏。
与传统金属相比,镁资源则极其丰富,按使用量每年增长20%计,全球可开采和使用的镁资源达千年以上。
我国是世界上镁矿资源最富有的国家之一,可利用镁矿资源储量约占世界总储量的70%,其中矿石品位超过40%的菱镁矿储量占世界的60%以上。
因此,在我国大力发展镁产业具有明显的资源优势[1]。
自1808年金属镁被发现后,人们就从未停止过对它的开发和应用,只不过在最初的一百多年里,由于价格和技术两大瓶颈问题,加之铝的成功使用,使得镁及镁合金的研制和应用的发展并不顺利,且一度处于停顿、甚至倒退状态。
在第二次世界大战前,世界镁年产量只有几万吨,第二次世界大战期间产量猛增到25万吨,第二次世界大战后年产量又迅速下降到1万吨水平。
20世纪50年代,朝鲜战争爆发,镁年产量又上升到11万吨,但战后又迅速下降。
在20世纪60年代前,世界上80%~90%的镁是用于军事工业和航空业,从60年代后才扩大到民用工业,镁的产量才稳步上升,特别是80年代以来,出于对环境和能源问题的考虑,各工业发达国家相继制定了各自的镁研究计划,并投入了巨额资金开展研究。
20世纪90年代以来,随着价格瓶颈问题的突破,镁的开发应用呈现高速增长态势。
截止2006年,世界镁的年产量就已达72.6万吨,镁在汽车等交通工具上的应用以每年15-20%的速度快速增长,远远高于其它金属材料,可以说这在近代工程技术材料的应用中是前所未有的。
但镁产业发展和应用所面临的重大技术问题并未根本解决,这严重影响了镁在更大范围内更快更多的应用。
中国不仅仅是世界原镁生产大国和出口大国,到2000年时镁的年产量就达到20万吨,而且具有世界上人数最多的研究开发队伍和巨大的市场。
但在该领域的发展极不平衡,如出口的主要是镁原料,深加工产品极少,镁的应用面窄、应用量也不大;且主要是铸件,变形镁合金产品基本上还是空白。
提升我国镁基础研究的水平,突破一批镁加工关键技术,增加镁对绿色GDP和环境效益的贡献率,加速我国镁产业从资源优势向经济优势转变,不仅是我国镁行业面临的艰巨任务,同时也是我国为世界镁技术和镁产业的发展应该承担的责任[2]。
1.2镁及镁合金的基本性质
镁的常见性质见表1.1
性质
数值
性质
数值
原子序数
12
再结晶温度/K
423
原子价
2
汽化潜热/kJ·kg-1
5150~5400
相对原子量
24.3050
收缩率
熔点/K
923±1
固-液/%
4.2
沸点/K
1380±3
熔点至室温/%
5
密度
标准电极电位
室温/g·cm-3
1.738
氢电极/V
-1.55
熔点/g·cm-3
1.584
甘汞电极/V
-1.83
电阻率ρ/nΩ·m
47
磁化率φ/10-1mks
6.27~6.32
熔化潜热/kJ·kg-1
360~377
泊松比
0.33
表1.1镁的物理性质
镁是元素周期表中第二主族的化学元素,在所有的结构金属中,镁的密度最低,纯镁的密度仅为1.738g·cm-3,为铝的三分之二,钢的四分之一,是理想的轻型金属材料。
标准大气压下纯镁为密排六方结构,镁单胞内主要晶面和晶轴方向的原子排布如图
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