螺旋磁場對ZK60合金凝固過程的影響及溫差擠壓強韌化機理研究.pdf

1、鎂合金是實際應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，日益成為汽車、航空航天、國防軍工、電子通信等工業(yè)領(lǐng)域的重要材料。作為一種高強度的變形鎂合金，ZK60合金應(yīng)用前景廣泛。遺憾的是，由于ZK60合金具有較寬的凝固范圍使得鑄造過程中很容易形成縮松和顯微偏析等缺陷，致使合金的鑄造特性較差，嚴(yán)重限制了合金的應(yīng)用。
　　本文通過ZK60合金凝固過程中施加螺旋磁場攪拌，從而實現(xiàn)對材料凝固組織、成分分布和性能的控制，改善ZK60合金的鑄造特性，進(jìn)而提高合金的

2、室溫力學(xué)性能和塑性成形能力。重點研究螺旋磁場攪拌對ZK60合金凝固組織的影響規(guī)律及細(xì)化機制和溫差擠壓ZK60合金的組織演變規(guī)律及細(xì)化機制、室溫變形行為和斷裂機制，揭示溫差擠壓ZK60合金的強韌化機理。以期提出改善ZK60合金力學(xué)性能和成形性能的有效方法及理論。
　　本文首先采用自行設(shè)計的螺旋磁場攪拌裝置對熔煉的ZK60合金凝固過程進(jìn)行控制，采用金相顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)和X射線衍射儀(XRD)，研究了不同螺旋磁場攪拌工

3、藝對鑄態(tài)ZK60合金的凝固組織和相組成、微區(qū)化學(xué)成分的分布變化、微觀硬度及合金性能的影響，并探討了組織的細(xì)化機理。在勵磁電壓為90V時的磁場作用下，合金組織細(xì)小均勻，細(xì)化效果最佳;螺旋磁場的施加加劇了ZK60合金的不平衡凝固，阻礙了共晶相以連續(xù)的形式析出，增加了溶質(zhì)元素在晶體內(nèi)部的固溶度而減少在晶界的析出，促進(jìn)了合金元素均勻分布，減少偏析，細(xì)晶強化和固溶強化效果明顯，提高了合金的微觀硬度和力學(xué)性能。
　　采用不同的均勻化處理工藝對

4、ZK60鑄錠進(jìn)行熱處理，優(yōu)化了合金的均勻化制度。ZK60合金均勻化處理后主要有α-Mg和MgZn2兩種衍射峰，合金中的主要析出相為MgZn2，鑄態(tài)下較少含量的析出相MgZn相經(jīng)過均勻化處理后，進(jìn)一步固溶于基體中;經(jīng)TEM分析發(fā)現(xiàn)合金有新的析出相析出，并隨著勵磁電壓的增加，析出相尺寸明顯變小，且越來越呈彌散分布狀態(tài)，合金硬度得到進(jìn)一步改善，析出強化占了主導(dǎo)位置;合金適宜的均勻化處理制度為380℃×12h，經(jīng)過該制度處理后，晶界非平衡相基本

5、得到消除，合金元素呈現(xiàn)均勻分布，這一均勻化處理制度在動力學(xué)曲線設(shè)定范圍內(nèi);
　　利用金相顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)和透射電鏡(TEM)從不同尺度分析了常規(guī)擠壓和溫差擠壓變形溫度對ZK60合金微觀組織的影響規(guī)律。溫差擠壓對ZK60合金組織具有很好的細(xì)化能力，合金組織的分布更加均勻;合金組織發(fā)生了完全再結(jié)晶，晶界以大角度晶界為主，合金晶粒細(xì)小，對勵磁電壓90V的合金進(jìn)行溫差擠壓，合金出現(xiàn)了尺寸小于1μm的

6、超細(xì)晶;溫差擠壓ZK60合金主要細(xì)化機制為動態(tài)再結(jié)晶細(xì)化，但在不同工藝條件下具有不同的再結(jié)晶產(chǎn)生機制。
　　通過室溫拉伸考查了溫差擠壓工藝對ZK60合金室溫力學(xué)性能的影響規(guī)律。溫差擠壓變形后，合金綜合力學(xué)性能得到很大提高，90V時ZK60合金的延伸率為20.8％，屈服強度為287MPa，抗拉強度為388MPa;溫差擠壓后ZK60合金室溫變形均勻性顯著提高;溫差擠壓溫度較低時，其主要變形機制為孿生;隨著溫度的升高，其變形方式轉(zhuǎn)變?yōu)槲?/p>

7、錯滑移;進(jìn)一步升高溫度，合金發(fā)生明顯再結(jié)晶，而隨著溫度升高，合金再結(jié)晶晶粒進(jìn)一步長大。最佳溫差擠壓工藝是90V時坯料表面溫度350℃，溫度差為150℃。亞晶組織和再結(jié)晶組織是適宜的溫差擠壓工藝下ZK60合金典型的TEM組織。
　　溫差擠壓ZK60合金強韌化機理的研究表明，溫差擠壓ZK60合金綜合力學(xué)性能的提高是細(xì)晶強化、第二相強化、位錯強化和晶界強化等多種機制協(xié)同作用的結(jié)果。細(xì)晶強化是溫差擠壓ZK60合金的主要強韌化機理之一:晶粒