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1、哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）摘要镁合金以其比强度高、密度低、减震性能好及工艺性能优越等一系列的特点，近些年来正成为金属材料研究领域的一个热点。由于镁及其合金是密排六方晶体结构，滑移系少，室温下塑性较差，目前人们主要通过细化晶粒来提高其强度和塑性。开发新的高性能镁合金系列是目前研究的主要趋势，但对现有镁合金系统进行适当的工艺处理也可能成为改善材料性能的廉价而有效的方式。变形和热处理是结构金属材料获得产品性能的主要方法。本文把拉拔变形和退火处理这两种改善材料性能的有效方式结合起来，对纯镁丝材进行了较系统的退火工艺探索。通过多道次拉拔变形和中间退火工艺，以显微结构为衡量手段，逐步优
2、化工艺，最终得到了择优的拉拔退火工艺路线，实现了纯镁的晶粒细化，以便于改善镁合金丝材的综合性能。这对于镁合金的实际生产具有重要的指导意义。由于在拉拔过程中拉应力容易导致裂纹的产生，加之纯镁塑性较差，因此有关纯镁丝材拉拔变形的研究很少，与此相关的基础研究就更少，为此，本文在纯镁热拉拔变形和再结晶方面作了一些探索性的工作，以期得到细晶纯镁，从而改善镁合金的综合性能。由于在拉拔过程中晶粒逐渐细化，因而有机会研究了原始晶粒尺寸对最大累积变形程度的影响，结果表明，随着原始晶粒的细化，最大累积变形程度逐渐提高，最高达到65.1%，这一结果对于促进实现镁合金大变形具有重要的实际意义。本文还研究了冷变形程度和
3、原始晶粒尺寸对再结晶晶粒大小的影响，以及原始晶粒尺寸对再结晶温度的影响，得到了很多对AZ31镁合金丝材的产业化具有实际意义的数据。关键词:镁合金 热拉拔 组织力学性能AbstractMagnesium alloys have attractive many investigators attention because of their good properties such as high strength density ratio, low density and excellent capacity of damping. However, because of its hexago
4、nal close pack structure, magnesium has poor workability at room temperature, now its forming ability tend to be progressed through fine-grained microstructure. Although it was a trend to develop new magnesium alloys of high properties, mechanical properties of existed magnesium alloy could be impro
5、ved by appropriate processing.Cold drawing and recrystallization were the effective ways to improve mechanical properties. Through optimal annealing processing, fine-grained pure Mg wire with high mechanical properties can be obtained. The discussing result is significant for the production of AZ31
6、magnesium wire.Because crack can arise during drawing, few basic researches about magnesium alloy could be found. Therefore some work on drawing and recrystallization was done, so that fine-grained wire could be achieved. Researches showed that, with decreasing of grain size, the maximal cumulative
7、deformation increased, cumulative deformation of 65.1%could be achieved, the relationships between original grain size and cold deformation, the size of recrystallized grain and the recrystallization temperature were investigated.Key words: Magnesium alloy；Hot rolling；Mechanical properties目录摘要IAbstr
8、actII第1章 绪论11.1 引言11.2 镁合金概述21.2.1 镁及镁合金性质21.2.2 Mg-Al系合金31.2.3 Mg-Zn系合金51.2.4 Mg-Bi-Ca合金61.3 镁合金的强化途径71.3.1 固溶强化81.3.2 析出强化（沉淀强化）81.3.3 弥散强化91.3.4 细晶强化101.3.5 形变强化101.3.6 复合强化111.4 镁合金变形特点111.5 镁合金的塑形加工概况131.6 AZ31镁合金的研究情况141.6.1 国内研究概况141.6.1.1 轧制工艺的研究141.6.1.2 挤压工艺的特点及研究现状151.6.2 国外研究情况171.7 选题意义
9、201.8 研究的主要内容21第2章 实验方法222.1 引言222.2 实验材料222.3 实验方案232.3.1热拉压装置方案232.3.2 热拉拔实验方案242.3.2.1 粗线坯温度242.3.2.2 道次变形程度的确定242.3.2.3 润滑剂252.3.3 退火方案26第3章 纯镁连续热拉拔组织性能研究273.1 引言273.2 纯镁连续热拉拔丝材组织（OP分析）的演变273.2.1挤压比对镁塑变组织的影响273.2.2 再结晶晶粒细化的规律303.3 纯镁连续热拉拔丝材力学性能的变化规律323.3.1 纯镁丝材流动过程的描述323.3.2 塑性变形激活能333.3.3 纯镁的应力
10、应变曲线及特征353.3.4 屈服强度、抗拉强度和丝材直径的关系353.3.5镁合金塑性变形机理373.4 分析连续热拉时出现的断丝问题393.4.1 引言393.4.2 检查393.4.2.1 断口检查393.4.2.2 化学成分分析393.4.2.3 扫描电镜断口分析393.4.3 结果分析40结论41致谢42参考文献43 44哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）第一章 绪论1.1 引言镁是最轻的结构金属材料，密度为1.738g/cm3，为钢的1/4，铝的2/3。与钢和铝合金相比镁具有很高的比刚度和比强度，良好的散热性能、减振性能和电磁屏蔽性能，因而在航空航天、汽车以及3C产品领
11、域有广阔的应用前景，被认为是21世纪重要的商用轻质结构材料。在航空航天领域，采用密度更小的镁合金能显著降低飞行器的重量，增大飞行器的推重比，进而显著提高飞行器的机动性能。在汽车制造领域，大量轻质镁合金的应用将有效减轻汽车的整体重量，降低汽车的燃油消耗和使用成本，减轻了对环境的污染。尽管镁合金具有很多独特的优点，但由于镁的密排六方(HCP）晶体结构，使得镁合金在室温下的塑性变形能力较差，大大限制了镁合金在结构领域的应用。因此目前大多数镁合金零部件均通过压铸成形工艺制造。虽然镁合金的压铸成型技术已经相当成熟并得到了广泛的应用，但由于镁合金压铸件的材质不够致密，其综合强度和使用性能难以满足某些承力构
12、件的较高要求，在一定程度上限制了镁合金的应用。与铸造镁合金相比，通过锻压、轧制和挤压等工艺生产出的变形镁合金的组织更细，具有更高的强度，更好的延展性，更多样化的力学性能，可以满足更多结构材料的需求。当前镁合金主要研究方向为耐热、耐蚀、阻燃、高强、变形镁合金以及镁合金成形技术的开发。随着镁合金生产和应用技术的不断完善，材料的性价比不断提高，镁合金应用范围将进一步扩大。因此，制定变形镁合金生产的新工艺是国际镁协会（IMA）提出的开发镁合金产品的一项长远目标，对镁合金产品获得更广泛的应用具有重要的意义。1.2 镁合金概述1.2.1 镁及镁合金性质镁在室温时密度为1.738gcm，约为铝的2/3,钢的
13、1/4。在元素周期表中，镁的原子序数为12，原子摩尔质量为24.32，电子层结构为1s2s2p3s，属IIA族碱土金属。镁的晶体结构为h.c.p。图1-1给出了镁原子在晶胞的位置及各主要晶面和晶向。在25时的晶格常数为:a=0.3020nm,c=0.5199nm，晶胞的晶轴比。c/a=1.6237。低于225时，镁的主要滑移系为0001，次滑移系为10-10。高于225时，滑移还可以在10-11上进行。孪晶主要出现在10-12晶面族上，二次孪晶出现在30-34晶面上。高温下，10-13晶面上也出现孪晶。纯镁的断裂是大量晶内裂纹汇合的结果。接近或者低于室温时，由于30-34孪晶面和高度有序晶面如
14、10-14,10-15与11-24等上的晶内裂纹汇合，纯镁会发生断裂。纯镁与传统铸造镁合金的脆性源自于晶间失效和在孪晶区或大晶粒的(0001)基面上的局部穿晶断裂。晶界裂纹和气蚀是影响镁高温断裂的重要因素。根据Von Mises准则，当晶体材料产生塑性变形时，每个晶粒必须至少有5个独立的滑移系，由于镁合金晶胞的晶轴比较大，因此除了(0001)基面和(10-10)棱柱面4个滑移系，很难满足塑性变形时对滑移系的要求。尽管镁单晶在滑移有利取向时，伸长率可达到100%，但对于多晶镁，室温和低温塑性仍很低，容易脆断。当温度升高到150225时，棱柱面(10-10)和棱锥面(10-11)也参与滑移，高温塑
15、性有所提高。同时，通过Ln,Li和Gd等元素合金化可以降低镁的晶轴比(c/a)和基面滑移的分切应力。晶轴比的降低可促使棱柱面(10-10)和棱锥面(10-11)参与滑移，当基面分切应力接近于非基面分切应力时，可使螺型位错在此两基面上产生交滑移，对塑性变形有利。表1-1为纯镁的力学性能。图1-1 金属镁的晶体结构(a) Atomic positions; (b) Basal plane, a face plane and principal plane of 1210 zone:(c) Principal planes of 1100 zone; (d) Principal directions表1-1纯镁的力学性能ProcessingUTS/MPaYTS/MPaE/GPaElotion/%/%Hardness/HBSAs-cast11.5
