双辊铸轧zk60镁合金的组织和阻尼性能研究
摘 要摘 要本文的试样为双辊铸轧技术制备出厚度为4mm的ZK60镁合金条带。研究不同的热处理工艺和轧制工艺对试样的显微组织，力学性能和阻尼性能的影响。结果表明， 在实验设定的参数中，在T6处理后，镁合金条带的组织最为均匀细小呈等轴晶。对不同轧制条件下的热轧ZK60薄带进行T6处理，组织呈现由轧制组织转变为等轴晶组织，随着轧制道次的增加，当轧制道次达到5道次以后，组织为细小均匀的等轴晶。不同轧制温度下，晶粒随着轧制温度的升高出现晶粒长大趋势。在不同压下量下，晶粒随着压下量的增加呈减小趋势。ZK60镁合金条带在T6处理时效1小时时获得最佳综合性能，具有较好的力学性能和阻尼性能；热处理后的ZK60，出现两个温度阻尼峰，即P1峰和P2峰。P1峰为弛豫型阻尼峰，P2峰为再结晶阻尼峰。应变-阻尼测试中，ZK60镁合金出现了两种脱钉应变，遵循G-L理论。热轧ZK60薄带的温度-阻尼测试中，原始热轧ZK60薄带只存在P1峰。热处理后薄带出现两个温度阻尼峰P1峰和P2峰。在应变-阻尼测试中，热轧ZK60薄带遵循G-L理论。道次间压下量增加，应变-阻尼性能减小；轧制温度上升，应变-阻尼性能上升；轧制道次增加，低应变条件下阻尼性能总体上呈下降趋势。关键词： ZK60；显微组织；阻尼性能；力学性能目 录
第一章 绪 论 1
1.1 引言 1
1.2 镁及镁合金的特点 1
1.2.1镁的特点 1
1.2.2镁合金的特点 2
1.3镁合金的塑性变形及热处理 3
1.3.1镁合金的塑性变形 3
1.3.2热处理 5
1.4镁合金阻尼性能及表征 6
1.5 国内外研究现状 7
1.6本课题的研究主要研究内容及目的 8
1.6.1 研究内容 8
1.6.2研究目的 9
第二章 试验材料设备和研究方法 10
2.1 试验的技术路线 10
2.2 试验材料及设备 11
2.2.1 试验材料 11
2.2.2 试验设备及器材 12
2.3 试验方案 14
2.3.1 ZK60镁合金的热处理 14
2.3
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1 研究内容 8
1.6.2研究目的 9
第二章 试验材料设备和研究方法 10
2.1 试验的技术路线 10
2.2 试验材料及设备 11
2.2.1 试验材料 11
2.2.2 试验设备及器材 12
2.3 试验方案 14
2.3.1 ZK60镁合金的热处理 14
2.3.2 ZK60镁合金金相的制备及显微组织的观察 15
2.3.3硬度测试 15
2.3.4阻尼性能测试 15
第三章 试验的结果及其分析 17
3.1 热处理对热轧ZK60薄带组织及力学性能的影响 17
3.1.1 热处理对热轧ZK60薄带组织的影响 17
3.1.2 热处理对热轧ZK60薄带力学性能的影响 18
3.2 轧制参数对热轧ZK60薄带组织及力学性能的影响 19
3.2.1 轧制道次对热轧ZK60薄带组织及力学性能的影响 19
3.2.2 道次间压下量对热轧ZK60薄带组织及力学性能的影响 20
3.2.3 轧制温度对热轧ZK60薄带组织及力学性能的影响 22
3.4 轧制工艺对ZK60条带温度阻尼性能的影响 27
3.4.1 轧制道次对温度阻尼性能的影响 27
3.4.2道次间压下量对温度阻尼性能的影响 33
3.4.3 轧制温度对温度阻尼性能的影响 37
3.5 轧制工艺对ZK60条带应变阻尼性能的影响 41
3.5.1 轧制道次对应变阻尼性能的影响 41
3.5.2道次间压下量对应变阻尼性能的影响 43
3.5.3 轧制温度对应变阻尼性能的影响 44
结 论 46
致 谢 47
参 考 文 献 48
第一章 绪 论
1.1 引言
随着经济社会的不断发展，人们对金属材料的需求越来越多，在金属结构材料中，应用量最大和最广泛的就是钢铁，其次就是铝合金。但现在的科学技术情况下，已经探明的铁矿和铝土矿，只够我们用几十年。然而中国的铁矿和铝土矿更加匮乏，分别只占到世界储量的18.7%和2.3%。由于钢铁的密度大，损耗多，其产品在生产和使用过程中消耗大量的能量和排放出大量的污染物。虽然铝合金的密度较小，但是其中一个电解工艺步骤就消耗了有色金属90%的工业用电，而且在制造过程中也会排放出大量的污染。[1, 2]
在以上各种条件下，镁合金的优良属性引起了我们的极大关注。镁的优点具体表现在以下几个方面。首先镁的资源非常广，是地球上储量最丰富的元素之一，广泛分布在河流，海洋和地壳中，在地球上存在的化学元素中排在第八位，在地壳中含量为2.1%。我国的镁资源储量也十分丰富,在镁工业方面，我国镁的储量，生产和出口三项指标全部居世界第一位。然后就是镁合金的优良的性能。与其他金属结构材料相比，镁合金的密度最小，具有高的比强度和比刚度,具有良好的阻尼减震性能,具有优良的切削加工性能。还有就是镁很容易于回收加工利用，被称赞为“二十一世纪绿色金属结构工程材料” [35]。因此镁合金被广泛应用于航空航天，电子设备，交通工具等等。然而，镁合金也有其自身的缺点，例如强度较低，难以加工。这些缺点限制了镁合金的应用，我们应该想方设法的改善这些性能，使其具有良好的综合性能。
1.2 镁及镁合金的特点
1.2.1镁的特点
金属镁及其合金是目前为止应用在工程上的最轻的金属结构材料，纯镁其密度为1.738g/cm一3(在293K时)，仅为铝的三分之二，钢的四分之一。在接近于熔点时的密度为1.584 g/cm一3，在化学元素周期表中,镁原子序列数为12，相对原子质量为24.305，属于òA族碱土金属。再结晶温度为423K，熔点为923K。有三种同位素，即78.99%24 Mg，10.00%25 Mg，11.01%26Mg。
纯镁的点阵结构为密排六方点阵（在标准大气压下），镁单胞内主要晶面和晶轴的原子排列为ABABA方式排列，如图a所示。镁晶格常数为a=0.3209nm，c=0.52105nm，如果采用理想钢球模型，c/a=1.6236,这说明了镁晶格是近似的理想紧密堆积[6,7]。
图1.1 镁单胞的原子结构
在温度低于498K时，镁的主要滑移系为｛0001｝<1120>，次滑移系为｛1010｝<1120>。在高于498K时，镁还可以在｛1011｝<1120>上进行滑移。镁的孪晶主要存在于｛1012｝晶面簇上，二次孪晶主要出在于｛3034｝晶面上。在高温下，孪晶也会出现在｛1013｝晶面上。在纯镁中没有发现确定的解理面。镁的断裂是因为晶内诸多裂纹的汇合。在低于室温以及室温情况下，因为｛3034｝孪晶面和和高度有序的晶面比如｛1015｝，｛1124｝与｛1014｝等一些晶内裂纹的汇合，从而导致镁的断裂。纯镁和传统的镁合金的脆性来源于大晶粒其基面上的局部穿晶断裂，孪晶和晶间失效。
1.2.2镁合金的特点
纯镁有许多的优点，但是其力学性能较差，因而镁的应用受到很大的限制。通过镁的合金化，向其中添加
第一章 绪 论 1
1.1 引言 1
1.2 镁及镁合金的特点 1
1.2.1镁的特点 1
1.2.2镁合金的特点 2
1.3镁合金的塑性变形及热处理 3
1.3.1镁合金的塑性变形 3
1.3.2热处理 5
1.4镁合金阻尼性能及表征 6
1.5 国内外研究现状 7
1.6本课题的研究主要研究内容及目的 8
1.6.1 研究内容 8
1.6.2研究目的 9
第二章 试验材料设备和研究方法 10
2.1 试验的技术路线 10
2.2 试验材料及设备 11
2.2.1 试验材料 11
2.2.2 试验设备及器材 12
2.3 试验方案 14
2.3.1 ZK60镁合金的热处理 14
2.3
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
1 研究内容 8
1.6.2研究目的 9
第二章 试验材料设备和研究方法 10
2.1 试验的技术路线 10
2.2 试验材料及设备 11
2.2.1 试验材料 11
2.2.2 试验设备及器材 12
2.3 试验方案 14
2.3.1 ZK60镁合金的热处理 14
2.3.2 ZK60镁合金金相的制备及显微组织的观察 15
2.3.3硬度测试 15
2.3.4阻尼性能测试 15
第三章 试验的结果及其分析 17
3.1 热处理对热轧ZK60薄带组织及力学性能的影响 17
3.1.1 热处理对热轧ZK60薄带组织的影响 17
3.1.2 热处理对热轧ZK60薄带力学性能的影响 18
3.2 轧制参数对热轧ZK60薄带组织及力学性能的影响 19
3.2.1 轧制道次对热轧ZK60薄带组织及力学性能的影响 19
3.2.2 道次间压下量对热轧ZK60薄带组织及力学性能的影响 20
3.2.3 轧制温度对热轧ZK60薄带组织及力学性能的影响 22
3.4 轧制工艺对ZK60条带温度阻尼性能的影响 27
3.4.1 轧制道次对温度阻尼性能的影响 27
3.4.2道次间压下量对温度阻尼性能的影响 33
3.4.3 轧制温度对温度阻尼性能的影响 37
3.5 轧制工艺对ZK60条带应变阻尼性能的影响 41
3.5.1 轧制道次对应变阻尼性能的影响 41
3.5.2道次间压下量对应变阻尼性能的影响 43
3.5.3 轧制温度对应变阻尼性能的影响 44
结 论 46
致 谢 47
参 考 文 献 48
第一章 绪 论
1.1 引言
随着经济社会的不断发展，人们对金属材料的需求越来越多，在金属结构材料中，应用量最大和最广泛的就是钢铁，其次就是铝合金。但现在的科学技术情况下，已经探明的铁矿和铝土矿，只够我们用几十年。然而中国的铁矿和铝土矿更加匮乏，分别只占到世界储量的18.7%和2.3%。由于钢铁的密度大，损耗多，其产品在生产和使用过程中消耗大量的能量和排放出大量的污染物。虽然铝合金的密度较小，但是其中一个电解工艺步骤就消耗了有色金属90%的工业用电，而且在制造过程中也会排放出大量的污染。[1, 2]
在以上各种条件下，镁合金的优良属性引起了我们的极大关注。镁的优点具体表现在以下几个方面。首先镁的资源非常广，是地球上储量最丰富的元素之一，广泛分布在河流，海洋和地壳中，在地球上存在的化学元素中排在第八位，在地壳中含量为2.1%。我国的镁资源储量也十分丰富,在镁工业方面，我国镁的储量，生产和出口三项指标全部居世界第一位。然后就是镁合金的优良的性能。与其他金属结构材料相比，镁合金的密度最小，具有高的比强度和比刚度,具有良好的阻尼减震性能,具有优良的切削加工性能。还有就是镁很容易于回收加工利用，被称赞为“二十一世纪绿色金属结构工程材料” [35]。因此镁合金被广泛应用于航空航天，电子设备，交通工具等等。然而，镁合金也有其自身的缺点，例如强度较低，难以加工。这些缺点限制了镁合金的应用，我们应该想方设法的改善这些性能，使其具有良好的综合性能。
1.2 镁及镁合金的特点
1.2.1镁的特点
金属镁及其合金是目前为止应用在工程上的最轻的金属结构材料，纯镁其密度为1.738g/cm一3(在293K时)，仅为铝的三分之二，钢的四分之一。在接近于熔点时的密度为1.584 g/cm一3，在化学元素周期表中,镁原子序列数为12，相对原子质量为24.305，属于òA族碱土金属。再结晶温度为423K，熔点为923K。有三种同位素，即78.99%24 Mg，10.00%25 Mg，11.01%26Mg。
纯镁的点阵结构为密排六方点阵（在标准大气压下），镁单胞内主要晶面和晶轴的原子排列为ABABA方式排列，如图a所示。镁晶格常数为a=0.3209nm，c=0.52105nm，如果采用理想钢球模型，c/a=1.6236,这说明了镁晶格是近似的理想紧密堆积[6,7]。
图1.1 镁单胞的原子结构
在温度低于498K时，镁的主要滑移系为｛0001｝<1120>，次滑移系为｛1010｝<1120>。在高于498K时，镁还可以在｛1011｝<1120>上进行滑移。镁的孪晶主要存在于｛1012｝晶面簇上，二次孪晶主要出在于｛3034｝晶面上。在高温下，孪晶也会出现在｛1013｝晶面上。在纯镁中没有发现确定的解理面。镁的断裂是因为晶内诸多裂纹的汇合。在低于室温以及室温情况下，因为｛3034｝孪晶面和和高度有序的晶面比如｛1015｝，｛1124｝与｛1014｝等一些晶内裂纹的汇合，从而导致镁的断裂。纯镁和传统的镁合金的脆性来源于大晶粒其基面上的局部穿晶断裂，孪晶和晶间失效。
1.2.2镁合金的特点
纯镁有许多的优点，但是其力学性能较差，因而镁的应用受到很大的限制。通过镁的合金化，向其中添加
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