AZ91D-Y半固態(tài)坯不同制備方法及對觸變模鍛影響研究.pdf

1、基于國家節(jié)能減排的政策引導和金屬礦產資源供給日益惡化的形勢，鎂合金以其密度輕和資源豐富越來越受到重視。加速鎂合金成形技術的研究是實現可持續(xù)發(fā)展的重要措施之一。目前鎂合金的成形技術，以壓鑄為主，兼有液態(tài)模鍛和鍛造成形，但這三種工藝本身，均有其不足。例如，采用鍛造成形盡管能滿足零件較高力學性能的要求，但很難滿足其形狀復雜的需求。半固態(tài)觸變模鍛技術是一種近凈成形復雜形狀零件的技術。半固態(tài)坯料組織最顯著的特征是固相顆粒呈球狀，成形后零件的復雜程

2、度遠高于鍛件，其力學性能高于壓鑄件和液態(tài)模鍛件。本文期望通過采用AZ91D-Y鎂合金半固態(tài)觸變模鍛成形筒形件，分別對鑄造法、近液相線模鍛法和等通道角擠壓法(Equal channel angular extrusion，ECAE)制備坯料在二次加熱過程中的組織演變、球晶組織的生成及特征對觸變模鍛成形和成形件力學性能的影響展開深入的研究，探討不同半固態(tài)制坯方法的適用范圍和應用的可能性。
　　本文采用鑄造法、近液相線模鍛法和ECAE法

3、制備了AZ91D-Y半固態(tài)坯。借助金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡、X射線衍射儀和萬能拉伸試驗機分別研究了不同方法制備坯料的微觀組織和力學性能。研究表明，添加稀土Y細化了α(Mg)和β(Mg17Al12)，產生了桿狀的Al2Y新相；在鑄造制坯中，可獲得粗大的等軸晶，柱狀晶不明顯；在近液相線模鍛制坯中，可獲得細小的枝晶組織，且隨著模鍛壓力的增加，坯料的力學性能上升；在ECAE變形中，隨著溫度的升高，有利于獲得等軸狀晶粒，但不利于獲得較高的屈服強

4、度和抗拉強度，增加ECAE變形道次，有利于獲得細小的等軸狀再結晶組織。
　　分別將鑄態(tài)、近液相線模鍛態(tài)和ECAE態(tài)的坯料加熱到半固態(tài)溫度區(qū)間。采用金相顯微鏡研究了鑄造法、近液相線模鍛法和ECAE法制備半固態(tài)坯料在二次加熱過程中的組織演變及特征。研究結果表明，鑄造法坯料在二次加熱過程中組織的演變規(guī)律是由發(fā)達的樹枝晶演變?yōu)榇髩K狀組織，大塊狀組織逐漸分離成碎塊狀組織，隨后固相顆粒球化并主要通過合并的方式長大；近液相線模鍛法坯料組織的演變

5、規(guī)律是由細小的樹枝晶演變?yōu)閴K狀組織，塊狀組織分離成碎塊狀組織，隨后固相顆粒球化并主要通過Ostwald熟化機制長大；ECAE法坯料組織的演變規(guī)律是擠壓態(tài)組織發(fā)生再結晶，形成再結晶塊狀組織，塊狀組織分離后，發(fā)生球化并主要通過Ostwald熟化機制長大。近液相線模鍛法和ECAE法坯料的平均固相顆粒尺寸小于鑄造法；三種制坯方法中，ECAE法制備坯料的組織演變進程最快，固相顆粒球化效果最好。
　　采用熱模擬試驗研究了鑄造法、近液相線模鍛法

6、和ECAE法制備坯料的觸變流動行為。研究結果表明，ECAE法制備坯料在較小的應力作用下，便可實現穩(wěn)態(tài)充填，觸變流動性能最好；近液相線模鍛法坯料次之，鑄造法坯料較差。借助萬能拉伸試驗機研究了觸變模鍛工藝參數和坯料制備方法對模鍛制件力學性能的影響。研究結果表明，在半固態(tài)溫度為560℃，模鍛壓力為200MPa的條件下，鑄造法制備坯料在球化30min后觸變模鍛獲得的力學性能最好，其屈服強度、抗拉強度和斷后伸長率分別是131MPa、280MPa和

7、9.2％；近液相線模鍛法制備的坯料在球化20min后觸變模鍛獲得的力學性能最好，其屈服強度、抗拉強度和斷后伸長率分別是161MPa、302MPa和9.7％；ECAE法(一道次ECAE變形)制備的坯料在球化15min后觸變模鍛獲得的力學性能最好，其屈服強度、抗拉強度和斷后伸長率分別是164MPa、307MPa和11.8％，四道次變形坯料觸變模鍛后的屈服強度、抗拉強度和斷后伸長率分別為220MPa、333MPa和16.1%，大大高于一道次變