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1、硕士学位论文 I摘摘 要要 镁合金以其众多的优点，在航空航天、汽车、3C 产品等领域具有非常广泛的用途，但是由于镁合金多为 hcp 结构，塑性变形能力较差，因此，镁合金超塑性的研究对扩大镁合金的应用领域有重要意义，也是镁合金的今后发展方向之一。镁合金在应变速率为 110-3s-1时具有超塑性性能的研究在国内外是比较少见的，且只有细晶镁合金在高应变速率条件下才具有超塑性能，本文针对上述问题通过多阶段变形实现了粗晶 AZ31 镁合金的超塑性， 因此具有重要的实际意义和工业应用前景。目前国内外对等径角挤压镁合金超塑性的研究也不够充分，本文对 AZ31镁合金等径角挤压挤压成形及随后的超塑性成形进行了研
2、究。 本文首先对温轧 AZ31 镁合金多阶段超塑性变形进行了研究， 结果表明:通过第一阶段的预变形过程中发生的动态再结晶可有效的细化晶粒，提高镁合金的超塑性，其最佳拉伸变形条件为：变形温度 300，应变速率 110-3s-1、变形量为 50；在第一阶段晶粒细化的基础上，在 400及应变速率为 10-3s-1的变形条件下，AZ31 镁合金最大延伸率可达 282.1%；而温轧粗晶 AZ31 镁合金，在 400、10-3s-1变形条件下最大延伸率仅为 138.2。 其次，本文还对等径角挤压 AZ31 镁合金超塑性进行了研究。采用自行设计的等径角挤压模具成功的制备 AZ31 镁合金试样， 通过试验研究
3、得到了合理的等径角挤压工艺参数：挤压温度约 275；挤压速度 720mm/min；石墨机油润滑。研究还表明 AZ31 镁合金经等径角挤压后，晶粒得到细化，且随着挤压道次的增加，晶粒细化程度增加；沿 Bc 路径挤压的晶粒细化效果优于 C 路径的；由于等径角挤压过程剪切变形作用，原有的晶粒取向被改变，由0110棱柱面取向演变为1110晶面取向。 AZ31 镁合金在变形温度为 400、拉伸速度为 0.6mm/min 的条件下，随着挤压道次的增加，沿 Bc 路径挤压的试样延伸率明显增加，而沿 C 路径挤压的试样的延伸率则增加幅度不大； AZ31 镁合金沿 Bc 路径经 4 个道次等径角挤压后， 在 4
4、00、0.6mm/min 的变形条件下，最大延伸率可达 245%，在 450、0.6mm/min 的变形条件下为 298.0，其超塑性变形机制可能为晶格扩散的晶界滑移机制。 关键词：超塑性；镁合金；晶粒细化；多阶段超塑性变形；等径角挤压 AZ31 镁合金超塑性研究 IIAbstract The superplasticity of magnesium alloys are applied in the fields of aerospace, automobile, 3C (Computer, Communication and Consumer electronics) and etc. D
5、ue to the hexagonal close-packed structure, magnesium alloys have poor plasticity and hence investigations on their superplasticity are of great significance to extend their applications. Superplasticity of magnesium alloys has also become one of major topics in the alloy development. Superplasticit
6、y can always be achieved only in fine grain magnesium alloys at a high strain rate and that at the strain rate of 110-3s-1 has been scarcely investigated at home and abroad. Coarse grained warm-rolled AZ31 alloy is selected for the present study and superplasticity has been achieved via the multi-st
7、age deformation, which is expected to find its application in industries in the future. In view of the superplasticity of magnesium alloys experienced equal channel angular extrusion (ECAE) has not been thoroughly studied, the ECAE process and the successive superplastic forming of the as-extruded A
8、Z31 alloy are also investigated. At first, the multi-stage deformation of warm rolled AZ31 was investigated. The experimental results showed its grains could be effectively refined by the dynamic recrystallization at the first stage of pre-deformation and thus its superplasticity was improved. The o
9、ptimum deformation condition is at 300 combined with the strain and the strain rate of 50%, 110-3s-1 respectively. Due to grain refinement, the AZ31 alloy experienced pre-deformation possesses the elongation of 282.1% at 400 and 10-3s-1, while the samples not pre-deformed has the elongation of 138.2
10、 under the same unidirectional tensile conditions. Secondly, the superplastic processing of AZ31 by ECAE was also studied. The optimized processing parameters are deforming at a velocity of 720mm/min and 275 and with the mixture of graphite and coarse oil as the lubricant. The experimental results s
11、how that the grains can be refined as the ECAE pass increases and much finer grains can be obtained by the route Bc other than the route C. Moreover, the crystal orientation is changed due to the shear deformation in ECAE. The alloy samples processed by the route Bc at 400 and at a constant cross-he
12、ad speed of 0.6mm/min presented much higher elongations with the increase of the ECAE pass, while not by the route C under the same conditions. The maximum elongation of AZ31 processed by the route Bc and for 4 passes was 245% at a velocity of 0.6mm/min 硕士学位论文 IIIand 400, while that was 298.0 with a
13、 velocity of 0.6mm/min at 450. Grain boundary sliding controlled by crystal lattice diffusion and are probably the main superplasticity mechanism of AZ31 at 400 and 450. Key Words： Superplasticity; Magnesium Alloy; Grain Refinement； Multi-Stage Deformation，Equal Channel Angular Extrusion 湖湖 南南 大大 学学
14、 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。 本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进
15、行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1、保密，在_年解密后适用本授权书。 2、不保密。 （请在以上相应方框内打“” ） 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 硕士学位论文 - 1 -第第 1 章 绪章 绪 论论 高性能材料及其新型制备加工工艺一直是材料界努力的方向：一方面，材料需要具有优异的性能；另一方面，材料的制备加工要求工艺简单、价格低廉，并且合理利用能源，节约资源。而随着科学技术的飞速发展，金属材料消耗量急剧上升，某些有色金属资源如铜、铅、锌等日趋贫乏，特别是 20 世纪中叶的能源危机使轻质结构材料得到了持续性的发展
16、。镁作为一种轻质工程材料，由于没有充分发挥其性能潜力，其增长模式与铝的存在显著差异。在很多传统金属矿产枯竭的今天，人们开始把目光转向镁，这必将加速镁合金材料的开发与应用。 1.1 镁合金的特点及应用镁合金的特点及应用 作为“21 世纪的绿色工程材料”，镁合金拥有着许多优良的性能和广泛的应用： （1）轻量化:密度 1.78g/cm3左右，约为铁的 1/4，铝的 2/3，与工程塑料相近，比强度、比刚度高，优于钢、铝，是目前最轻的工程金属结构材料； （2）具有优良的热传导性，稍逊于一般铝合金，是工程塑料的 300 倍，可用于制造要求散热性能好的电子产品； （3）非磁性材料，抗电磁波干扰能力强，电磁屏蔽性佳，可用于手机等通讯产品； （4）良好的切削加工性能，切削时对刀具的消耗很低，切削消耗功率很小,因而可以使用较高的切削速度； （5）尺寸稳定，收缩率小，不易因环境温度变化而改变(相对于塑料)
