挤压道次对等径道挤压镁合金az91d组织和性能的影响(附件)【字数：14336】
摘 要摘 要镁合金因其储量大，轻质，减震性能好等，在当今运输制造轻量化的大趋势下扮演着越来越重要的角色。 本文主要研究了等径道挤压道次对镁合金AZ91D组织和性能的影响。具体内容包括在250oC下对AZ91D镁合金等径道挤压试验，然后进行金相分析，拉伸实验和硬度实验测试力学性能，并用SEM分析断口形貌。实验结果表明（1）挤压道次对微观组织影响在250oC温度下，晶粒随着道次的增加破碎程度逐渐加大，晶粒被逐渐细化，由原始态的50um细化到5um左右；形状由粗大晶粒夹杂着细小晶粒转变为许多细小晶粒；原始态晶界明显，经挤压后，晶界破碎，不明显。（2）挤压道次对力学性能影响经过四次ECAP挤压，随着挤压道次的增加平均强度逐渐提高，最大拉伸强度由100MPa提高到250MPa左右；伸长率由原来的0.9左右提高到10点多，并且随着道次的增加大幅度增长；维氏硬度由0道次的原始态的60HV左右增加到93HV左右。扫描电镜分析拉伸断口为解理断裂。关键词ECAP；AZ91D镁合金；金相分析；力学性能
Keywords: ECAP; magnesium alloy; grain refinement; mechanical properties; 目录
第一章 绪论 1
1.1 大塑性变形的工艺及技术发展 1
1.1.1 大塑性变形的定义及原理 1
1.1.2 大塑性变形的工艺种类 1
1.2 ECAP工艺介绍 2
1.2.1 ECAP 工艺原理 2
1.2.2 等径角挤压的工艺路径 3
1.2.3 等径角挤压的优缺点 3
1.2.4 ECAP挤压技术的影响因素 4
1.2.5 等径角挤压技术 ECAP工艺的模具材料选择 5
1.2.6 ECAP的发展现状 5
1.3 镁及镁合金 7
1.3.1 镁与镁合金的特点 7
1.3.2 镁合金的应用 8
1.3.3 镁合金AZ91D 8
1.4 本课题研究的意义和内容 9
1.4.1 本课题研究的意义 9
1.4.2 本课题研究的内容 9
第二章 实验内容 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
与研究方案 10
2.1 实验材料 10
2.2 实验内容 11
2.3 ECAP挤压 11
2.3.1 ECAP挤压前试样准备 11
2.3.2 ECAP模具结构及设备 12
2.3.3实验过程 13
2.4 室温拉伸实验 14
2.5 金相样品的制备及显微组织的观察 15
2.6 不同道次式样的硬度实验 17
2.7 拉伸试样断口形貌扫描电镜观察 18
第三章 实验分析 19
3.1 金相组织分析 19
3.1.1 原始组织分析 19
3.1.2 ECAP金相组织分析 19
3.2 AZ91D镁合金力学性能分析 21
3.2.1 拉伸实验分析 21
3.2.2 硬度测试分析 23
3.3 拉伸断口分析 24
3.4 分析与讨论 25
结论 27
致谢 28
参考文献 29
第一章 绪论
1.1 大塑性变形的工艺及技术发展
当今世界社会迅猛发展，航空科技，军事工业及民用技术都取得了长足的进步。这对材料的要求也越来越高。细化晶粒是一般提高材料性能有效方法，通过细化晶粒改善组织结构提高其力学性能。一般使用的细化晶粒的传统方法有：锻造，挤压，轧制及热处理的再结晶退火，但是使用以上方法尽管可以达到10um级晶粒细化，其仍不能满足高性能材料的要求。为了达到更小的晶粒组织获得更优异的材料组织性能，人们普遍采取大塑性变形的方法来获得超细晶组织。
1.1.1 大塑性变形的定义及原理
大塑性变形作为一种新型的变形方法，其是在金属成型的途中将超大塑性应变应用于一定体积金属中以获得超细化晶粒的过程。其本质是细晶强化，根据霍尔佩齐关系公式，其晶粒越细小其强度越高[1]。当晶粒细小到一定程度时会引起多种强化效应共同起作用。
大塑性变形的优点包括以下几个方面：
（1）可以得到超细晶组织，其组织性能和其材料使用性能相比于传统变形方式有着巨大提高。
（2）通过大塑变挤压的方式生产十分灵活，根据不同需求更换不同模具，以实现多种规格塑变切换。
同时，大塑性变形具有以下局限性：
（1）挤压后尾部会出现压余与缩尾，这部分无法被利用，只能回炉，而且占比重非常大，这导致资源的严重浪费。
（2）大塑变挤压外界需要施加一个比较大的力，导致模具压力及摩擦过大，使得模具精准度，性能及寿命受很大影响，从而导致成本的上涨。
1.1.2 大塑性变形的工艺种类
（1）Conshearing工艺[2]
Conshearing工艺是一种可以连续挤压薄板带材的技术。其采用一个大辊带若干个小辊的结构形式，大辊作为动力辊，小辊因摩擦力原因与大辊线速度相同，通过大小辊的挤压及咬入作用，使板材连续轧制。为防止产板带材间产生皱褶，在小辊间设置引导靴。通过这种方式可以使板带材进行连续剪切挤压，从而细化晶粒增加强度。该工艺已经被广泛使用于铝合金板带材的生产之中。
（2）C2S2工艺
C2S2工艺也是一种板带材生产的大塑变变形技术。其是两个双辊作为工作辊，为使板带材更好咬入及运输，在下辊表面使用凹槽以增加其摩擦力。其工艺的缺点显而易见，材料表面相比于上个工艺更加粗糙[3]。它可以作为钢板，铝合金板等板带材的加工。
（3）ECAR工艺
对于Conshearing工艺,需要特殊的小辊才能完成轧制，而C2S2工艺则是因为表面凹槽的原因，使得轧制的材料表面粗糙程度过高，从而材料的使用很受影响[4]。另外，C2S2工艺的变形力靠辊的摩擦来提供，这就导致磨损过高，精确度受影响。综合以上两种工艺的优缺点，工程师们设计了ECAR连续轧制工艺。ECAR工艺也是通过轧辊摩擦提供工作力，在轧机出口处安装ECAR的模具，在工作时，两辊先进行咬入初步轧制，然后依靠结构与板带材的摩擦力将板带材送入模具口，通过转角的模具发生剪切变形。不过在传送过程中板带材容易发生褶皱，褶皱的发生与多种因素有关系：通道与板材间的摩擦力和板材与通道之间的间隙等，以上因素处理不好不仅会产生褶皱还会影响到板材单道次轧制的应变量。与ECAP工艺相比，因其使用轧机代替代替压力机来提供变形力,即通过轧制过程中板材与轧辊间产生的摩擦力来提供动力。此外ECAR工艺不需要需单独的挤压杆,很薄的板材可以通过这种设备制备。ECAR工艺采用普通双辊轧机,其表面质量更好，对模具及加工的精度要求变低，从而体现很大优势。
Keywords: ECAP; magnesium alloy; grain refinement; mechanical properties; 目录
第一章 绪论 1
1.1 大塑性变形的工艺及技术发展 1
1.1.1 大塑性变形的定义及原理 1
1.1.2 大塑性变形的工艺种类 1
1.2 ECAP工艺介绍 2
1.2.1 ECAP 工艺原理 2
1.2.2 等径角挤压的工艺路径 3
1.2.3 等径角挤压的优缺点 3
1.2.4 ECAP挤压技术的影响因素 4
1.2.5 等径角挤压技术 ECAP工艺的模具材料选择 5
1.2.6 ECAP的发展现状 5
1.3 镁及镁合金 7
1.3.1 镁与镁合金的特点 7
1.3.2 镁合金的应用 8
1.3.3 镁合金AZ91D 8
1.4 本课题研究的意义和内容 9
1.4.1 本课题研究的意义 9
1.4.2 本课题研究的内容 9
第二章 实验内容 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
与研究方案 10
2.1 实验材料 10
2.2 实验内容 11
2.3 ECAP挤压 11
2.3.1 ECAP挤压前试样准备 11
2.3.2 ECAP模具结构及设备 12
2.3.3实验过程 13
2.4 室温拉伸实验 14
2.5 金相样品的制备及显微组织的观察 15
2.6 不同道次式样的硬度实验 17
2.7 拉伸试样断口形貌扫描电镜观察 18
第三章 实验分析 19
3.1 金相组织分析 19
3.1.1 原始组织分析 19
3.1.2 ECAP金相组织分析 19
3.2 AZ91D镁合金力学性能分析 21
3.2.1 拉伸实验分析 21
3.2.2 硬度测试分析 23
3.3 拉伸断口分析 24
3.4 分析与讨论 25
结论 27
致谢 28
参考文献 29
第一章 绪论
1.1 大塑性变形的工艺及技术发展
当今世界社会迅猛发展，航空科技，军事工业及民用技术都取得了长足的进步。这对材料的要求也越来越高。细化晶粒是一般提高材料性能有效方法，通过细化晶粒改善组织结构提高其力学性能。一般使用的细化晶粒的传统方法有：锻造，挤压，轧制及热处理的再结晶退火，但是使用以上方法尽管可以达到10um级晶粒细化，其仍不能满足高性能材料的要求。为了达到更小的晶粒组织获得更优异的材料组织性能，人们普遍采取大塑性变形的方法来获得超细晶组织。
1.1.1 大塑性变形的定义及原理
大塑性变形作为一种新型的变形方法，其是在金属成型的途中将超大塑性应变应用于一定体积金属中以获得超细化晶粒的过程。其本质是细晶强化，根据霍尔佩齐关系公式，其晶粒越细小其强度越高[1]。当晶粒细小到一定程度时会引起多种强化效应共同起作用。
大塑性变形的优点包括以下几个方面：
（1）可以得到超细晶组织，其组织性能和其材料使用性能相比于传统变形方式有着巨大提高。
（2）通过大塑变挤压的方式生产十分灵活，根据不同需求更换不同模具，以实现多种规格塑变切换。
同时，大塑性变形具有以下局限性：
（1）挤压后尾部会出现压余与缩尾，这部分无法被利用，只能回炉，而且占比重非常大，这导致资源的严重浪费。
（2）大塑变挤压外界需要施加一个比较大的力，导致模具压力及摩擦过大，使得模具精准度，性能及寿命受很大影响，从而导致成本的上涨。
1.1.2 大塑性变形的工艺种类
（1）Conshearing工艺[2]
Conshearing工艺是一种可以连续挤压薄板带材的技术。其采用一个大辊带若干个小辊的结构形式，大辊作为动力辊，小辊因摩擦力原因与大辊线速度相同，通过大小辊的挤压及咬入作用，使板材连续轧制。为防止产板带材间产生皱褶，在小辊间设置引导靴。通过这种方式可以使板带材进行连续剪切挤压，从而细化晶粒增加强度。该工艺已经被广泛使用于铝合金板带材的生产之中。
（2）C2S2工艺
C2S2工艺也是一种板带材生产的大塑变变形技术。其是两个双辊作为工作辊，为使板带材更好咬入及运输，在下辊表面使用凹槽以增加其摩擦力。其工艺的缺点显而易见，材料表面相比于上个工艺更加粗糙[3]。它可以作为钢板，铝合金板等板带材的加工。
（3）ECAR工艺
对于Conshearing工艺,需要特殊的小辊才能完成轧制，而C2S2工艺则是因为表面凹槽的原因，使得轧制的材料表面粗糙程度过高，从而材料的使用很受影响[4]。另外，C2S2工艺的变形力靠辊的摩擦来提供，这就导致磨损过高，精确度受影响。综合以上两种工艺的优缺点，工程师们设计了ECAR连续轧制工艺。ECAR工艺也是通过轧辊摩擦提供工作力，在轧机出口处安装ECAR的模具，在工作时，两辊先进行咬入初步轧制，然后依靠结构与板带材的摩擦力将板带材送入模具口，通过转角的模具发生剪切变形。不过在传送过程中板带材容易发生褶皱，褶皱的发生与多种因素有关系：通道与板材间的摩擦力和板材与通道之间的间隙等，以上因素处理不好不仅会产生褶皱还会影响到板材单道次轧制的应变量。与ECAP工艺相比，因其使用轧机代替代替压力机来提供变形力,即通过轧制过程中板材与轧辊间产生的摩擦力来提供动力。此外ECAR工艺不需要需单独的挤压杆,很薄的板材可以通过这种设备制备。ECAR工艺采用普通双辊轧机,其表面质量更好，对模具及加工的精度要求变低，从而体现很大优势。
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