鎂,密度為1.74g/cm3,是目前航天航空、電子通信、汽車領域最有應用前景的金屬材料之一。然而,鎂為密排六方結構的晶體,在常溫下只能沿基面進行滑移,塑性和延展性較差,從而大大限制了其生產應用。等通道轉角擠壓(ECAP)是在不改變材料尺寸的條件下制備超細晶鎂及鎂合金塊狀材料并提高其綜合性能的最有效的方法。很長一段時間以來,關于純鎂的ECAP變形研究一般是在高溫下進行的,但是溫度升高會發(fā)生再結晶,導致晶粒尺寸變大,強化效果下降。所以,只有在較低的溫度下進行ECAP擠壓,才能獲得理想的納米組織。研究表明,采用一些方法如施加背壓,降低擠壓速度及增大模具轉角等可以實現(xiàn)純鎂及鎂合金在200℃以下的ECAP擠壓,然而,這對于實現(xiàn)純鎂及其鎂合金在室溫下的ECAP擠壓還有一定難度,因為密排六方結構的鎂晶體在ECAP變形中很容易產生裂紋。為了解決純鎂在室溫擠壓過程中開裂的問題,實現(xiàn)純鎂在室溫下的一道次塑性大變形,本文用鉆孔純鐵包套純鎂棒的方法,在室溫下以4mm/min的速度對φ8mm的純鎂棒包套后進行ECAP擠壓。借助于鐵套對純鎂試樣在剪切變形過程中產生的應力束縛作用,成功制備了表面無裂紋、晶粒細小、性能優(yōu)良的純鎂擠壓試樣。使用SEM-EBSD、維氏硬度計、電子萬能試驗機對一道次ECAP變形態(tài)及退火態(tài)的微觀組織、力學性能進行了研究。對一道次ecap擠出前后純鎂的微觀組織和織構進行了研究,結果表明:熱擠壓后純鎂組織分布比較均勻,但是晶粒尺寸較大,而經過一道次擠壓后的微觀結構為拉長的帶狀組織,且分布不均,但是晶粒尺寸明顯細化。純鎂的變形織構為典型的(0001)基面纖維織構,柱面織構和錐面織構相對較弱,純鎂試樣經一道次擠壓后,織構最強極與擠出方向發(fā)生了一定的偏移,約為15°左右,這是試樣在等通道擠出過程中,在通道角中受到剪切變形的結果,同時,織構極密度強度下降,這可能與形成了更多的小角度晶界有關。對一道次ecap擠出前后純鎂的壓縮力學性能進行了研究,結果表明:熱擠壓后,純鎂試樣屈服強度,壓縮強度均有明顯提高,而經過一道次擠壓后又有所下降,這是ecap擠出過程中變形的不均勻性造成的;經過熱擠壓后,純鎂的硬度增加,一道次擠壓后降低,這是試樣在ecap變形中組織分布不均勻造成的。對一道次退火后純鎂的微觀組織和織構進行了研究,結果表明:退火處理后,一方面,晶粒發(fā)生了靜態(tài)再結晶,晶界變得清晰,形成大量的等軸晶,在200℃×30min的退火條件下,退火組織分布最為均勻,晶粒平均尺寸也最小;另一方面,一道次擠壓試樣的(0001)基面織構、(10-10)柱面織構和(10-11)錐面織構位置基本不變,但是織構分布變得分散,織構強度隨著退火時間的增加而降低,說明退火可以弱化織構,但是不會改變織構的位置分布。退火處理后形成大量的等軸晶,大角度晶界逐漸增加。對一道次退火后純鎂的壓縮力學性能進行了研究,結果表明:退火處理后,試樣內部由于變形不均勻引起的殘余內應力逐漸消除,發(fā)生了靜態(tài)再結晶,材料的抗壓強度、壓縮率均有明顯提高,屈服強度則稍有下降,其中在退火30min的條件下各項力學性能達到最大,而此時的組織分布最為均勻,晶粒平均尺寸也最小。說明30min是該溫度下的最佳退火時間;同時,純鎂的硬度均有所下降,說明經過退火處理后,伴隨著試樣內部大量的殘余內應力消失,位錯密度降低導致材料硬度減小。
【學位單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2016
【中圖分類】：TG146.22;TG379
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 鎂
        1.1.1 鎂的特性
        1.1.2 鎂的應用
    1.2 鎂合金
        1.2.1 鎂合金分類
        1.2.2 鎂合金特性
        1.2.3 變形鎂合金
        1.2.4 鎂合金應用
        1.2.5 鎂合金的塑性變形
    1.3 鎂及鎂合金大塑性變形技術
        1.3.1 等通道轉角擠壓技術
        1.3.2 高壓扭轉技術
        1.3.3 多向鍛造
        1.3.4 累積疊軋焊
    1.4 鎂及鎂合金形變織構
        1.4.1 織構
        1.4.2 織構的測定-EBSD技術
        1.4.3 EBSD的應用
        1.4.4 織構的表達
    1.5 等通道轉角擠壓工藝
        1.5.1 等通道轉角擠壓原理
        1.5.2 等通道轉角擠壓工藝參數(shù)
    1.6 本課題研究意義及內容
第二章 材料制備及測試方法
    2.1 實驗材料
    2.2 實驗設備與工藝
        2.2.1 正擠壓設備
        2.2.2 等通道轉角擠壓設備
    2.3 測試方法
        2.3.1 壓縮性能測試
        2.3.2 硬度測試
        2.3.3 EBSD分析
第三章 一道次擠壓態(tài)純鎂的組織及力學行為研究
    3.1 引言
    3.2 擠壓后純鎂的微觀結構
        3.2.1 組織分析
        3.2.2 織構演變
    3.3 擠壓后純鎂的力學性能
        3.3.1 壓縮性能
        3.3.2 硬度
    3.4 小結
第四章 一道次退火態(tài)純鎂的組織及力學行為研究
    4.1 引言
    4.2 退火后純鎂的微觀結構
        4.2.1 組織分析
        4.2.2 織構演變
    4.3 退火后純鎂的力學性能
        4.3.1 壓縮性能
        4.3.2 硬度
    4.4 小結
第五章 結論
參考文獻
致謝
攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文

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本文編號：2860640