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1、镁合金温度相关问题,1、镁合金的超塑性 2、镁合金热变形过程中的裂边 3、镁合金的蠕变,1、镁合金的超塑性 2、镁合金热变形过程中的裂边 3、镁合金的蠕变,1、镁合金的超塑性,A、超塑性简介 B、超塑性的微观机制 C、研究案例,A、超塑性简介,A、超塑性简介,超塑性的条件,稳定的等轴微细晶粒组织（通常0.55m ） 一定的温度区间（Ts=0.50.65Tm，Ts和Tm分别为超塑变形和材料熔点温度的绝对温度） 一定的变形速度（应变速率在10-410-1/S之间）,A、超塑性简介,钛合金球形卫星燃料箱的吹塑成形 壁厚0.711.5mm，若用机械加工，几无可能 而用超塑性吹塑成形，成形精度和性能好，
2、还可以大大节约成本,吹塑成形Ti-6Al-4V球形卫星燃料箱,超塑性的应用,A、超塑性简介,镁合金精密齿轮,300,110-3/s，约20分钟完成,A、超塑性简介,A、超塑性简介,吹塑成形5083铝合金墙面装饰浮雕,A、超塑性简介,超塑性的应用-扩散连接,A、超塑性简介,超塑性成形的优势,更大的设计自由度：可实现复杂形状的近终形成形，获得复杂的曲率组合结构、更大的拉深深度、更小的弯曲半径 提高部件的整体性：用整体件代替组合构件，提高部件的整体刚度性能 模具造价低（变形抗力小）：比冲压模具成本降低约80%,A、超塑性简介,超塑性成形的弱点,成形效率低。这一点可望通过当前正在迅速发展中的高速超塑性
3、技术来解决； 材料成本高。随着SPF件减重节能效果的提高，这一点将退居次要地位； 精确模拟技术不成熟。这主要是由于与传统成形技术相比超塑性成形还是一个新生的技术。而且反过来的，超塑性成形复杂多变性和灵活性，恰恰为精确模拟技术提供了施展的机会； 设计还是探索性的。这同样主要是由于超塑性成形还是一个新生的技术。随着技术运用经验的积累，水平的提高和精确模拟技术的成熟，精确设计的水平也会不断提高。,B、超塑性微观机制,熔炼 金相 力学性能 显微表征（扫描电镜、透射电镜）,B、超塑性微观机制,如何从力学性能曲线得到 材料成形性能的信息？,B、超塑性微观机制,B、超塑性微观机制,e表示真应变,注意：n只反
4、映出变形量，而没有反映出变形的快慢,B、超塑性微观机制,B、超塑性微观机制,m值的物理意义是阻碍颈缩的发展，维持变形的均匀性,B、超塑性微观机制,超塑性材料由于m值较大，使得流动应力对应变速率非常敏感，颈缩处的局部变形速度的增加，会使该区流动应力得到明显提高，使颈缩处发生显著硬化，变形就会转移到其它部位，从而可获得较大的延伸率。,B、超塑性微观机制,仅靠位错滑移无法实现超塑性,B、超塑性微观机制,仅靠位错滑移无法实现超塑性,B、超塑性微观机制,晶界滑动和晶粒转动,B、超塑性微观机制,大量原子的扩散,B、超塑性微观机制,动态再结晶,再结晶的驱动力 1、高密度位错，使得局部能量剧烈上升 2、晶界的
5、曲率。晶粒长大，有利于减少晶界的曲率，降低体系的能量。,C、研究案例,出发点：不同的超塑性机制对应的温度不同,C、研究案例,C、研究案例,C、研究案例,C、研究案例,金相显微镜已经无能为力（透射电镜） 注意标尺，最终晶粒尺寸为2,C、研究案例,变形速率,1、镁合金的超塑性 2、镁合金热变形过程中的裂边 3、镁合金的蠕变,2、镁合金热变形中的裂边,A、裂边的原因 B、研究案例,A、裂边的原因,镁合金有一种非常有趣的现象： 低温时成型性能不好 高温变形时又容易产生裂纹,变形速度,变形温度,A、裂边的原因,低温时的问题：独立滑移系只有2个，无法协调多晶的变形。需要升高温度，以激发非基面滑移。,高温时
6、的问题：镁合金的熔点低，在高温的时候，局部温度很容易就达到熔点。如果有共晶组织，更是不堪设想。 值得注意的是，镁合金中，很多第二相颗粒的熔点也是低于纯Mg的。,A、裂边的原因,对加工速度的影响（挤压成本是铝合金的3倍） 除了设备本身可以调节温度外，塑性加工输入的机械能，也有90%的会转变为热量。加工速度速度过快，会导致热量来不及散发而升高温度。,A、裂边的原因,虚线表示铝合金，挤压速度已经“爆表”,B、研究案例,为了控制热裂，需要减少低熔点相，增加高熔点相。 从右图可知，Zn元素会生成大量低熔点相。,B、研究案例,1、镁合金的超塑性 2、镁合金热变形过程中的裂边 3、镁合金的蠕变,3、镁合金的
7、蠕变,A、蠕变机理 B、研究案例,A、蠕变机制,位错滑移为主,晶界迁移为主,晶界强度与晶粒强度随温度增加而下降的趋势不同，在其交点对应温度TS（称为等强温度）以上，材料由穿晶断裂变为沿晶断裂。 形变速度愈低则TS愈低,A、蠕变机制,在服役温度（35-70%熔点）下，应力远低于屈服应力时结构/材料中长度（变形）随时间增长而增加，卸载后变形无回复；破坏时无明显颈缩,蠕变过程不仅表现为外形尺寸的改变，而且内部衍生孔洞， 聚合长大导致部件/材料的断裂,A、蠕变机制,与短时拉伸曲线的区别：低应力，时间长,蠕变过程虽然也发生加工硬化效应，但是加工硬化的趋势较为平坦,A、蠕变机制,典型蠕变曲线,典型蠕变曲线
8、分为三个阶段：减速蠕变、恒速蠕变和加速蠕变。（外部应力不变）,A、蠕变机制,蠕变第一阶段以晶内滑移和晶界滑移方式进行。 攀移驱动力不足，因而滑移造成的加工硬化效应超过攀移造成的回复软化效应，故变形速率不断降低。 在晶界台阶处或第二相质点附近形成裂纹核心，也可能由于晶界滑动在三晶粒交汇处受阻而形成裂纹核心。,A、蠕变机制,裂纹的形成,A、蠕变机制,蠕变第二阶段，晶内变形以位错滑移和攀移交替方式进行，晶界变形以晶界滑动和迁移交替方式进行。 晶内迁移和晶界滑动使金属强化，但位错攀移和晶界迁移使金属软化，强化与软化作用达到动态平衡时，形变速率即保持稳定。 裂纹优先在与拉应力垂直的晶界上长大，形成楔形和
9、孔洞形裂纹。,虽然强化和软化达到动态平衡，但是裂纹越来越多。,A、蠕变机制,蠕变第三阶段在由第二阶段后开始连接的楔形与孔洞形裂纹上进一步依靠晶界滑动、空位扩散和孔洞连接而扩展，蠕变速度加快，直至裂纹达到临界尺寸而断裂。,A、蠕变机制,抗蠕变性能的表征方式,材料的强度用屈服强度、抗拉强度来表征,A、蠕变机制,抗蠕变性能的表征方式,A、蠕变机制,抗蠕变性能的表征方式-蠕变极限,A、蠕变机制,抗蠕变性能的表征方式-蠕变极限,A、蠕变机制,抗蠕变性能的表征方式-持久强度极限,A、蠕变机制,如果提高抗蠕变性能： 1、减缓扩散过程 2、钉扎位错 3、增加第二相的数量 4、增加晶界的稳定性,B、研究案例,B、研究案例,a.原始材料 b.加Sb c.加Ca d. e. f.,a.原始材料 b.加Sb c.加Ca d. e. f.,加Sb或Ca都能显著提高抗蠕变性能 原始材料第二相非常粗大 加入Sb或Ca，析出相形貌有所改变,B、研究案例,压头压入速度,时间（秒）,B、研究案例,
