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CEMILAC、国防研发组织,印度班加罗尔
收到:11/05/2015接受:25/06/2015发表:10/07/2015
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在目前的研究中,阿兹31 b镁合金等温地通过多轴锻造心烦意乱。两个增加温度(350°C和400°C)和工作比率(0.3和0.4 /方向)被选为变量的多轴锻造。锻造操作在执行10000 kN工业在锻造液压机速度33.3毫米/秒。铸造合金的晶粒结构和微观结构进行了使用光学显微镜。硬度测量和拍摄与合金的晶粒尺寸。目前调查的重要发现是:(1)晶粒细化可以保留通过减少锻造温度(350°C)和减速比每方向(0.3),(2)增加工作比支持优惠晶粒生长导致双峰大小分布颗粒的微观结构,导致硬度显著变化,(3)的晶粒生长严重的情况下温度较高(400°C)和工作比每个方向(0.4)锻造条件,和(4)锻造温度影响晶粒生长比工作更大程度上比。负责晶粒细化机制,详细讨论了异常晶粒生长。
Mg合金多轴锻造、晶粒细化、硬度、显微组织
最近,Mg-Al-Zn合金(AZ类)在航空航天结构部分的流行,汽车和电子设备的应用程序,因为他们几个优点,如成本低、回收能力好,重量轻,比强度高,刚度和机械加工性、高电磁干扰屏蔽功能属性(1,2]。几乎90%的镁合金零件目前的使用沙子或压铸取决于大小和形状复杂(3,4]。然而,部分生产从铸造过程经常遭受劣质力量属性,粗粒结构,缺乏气密性和铸造体积缺陷(微收缩和气体缺陷)。毫克的同时,铸造合金要求昂贵或noneco——友好的保护气氛等硫+通量除尘,惰性气体或真空气氛),以防止火灾隐患由暴力Mg氧化引起的。这些缺点的Mg合金铸造提示选择处理方法。
锻造、具有成本效益的形成技术,可能被认为是一个合适的选择,因为在固态进行处理。此外,机械加工改进晶粒结构,提高了静态和动态的强度性能,消除了铸造缺陷。然而,六角晶体结构,缺乏系统(只有主动滑系统:基底滑移、(0001)[1120]到200°C)和堆垛层错能较低影响塑料可变形性,使合金脆性在环境温度5,6]。因此,高温锻造特别是220°C以上是至关重要的激活附加滑系统,如棱镜((1010)[1120])和锥体((1011)[1120])滑落,合金将有足够的塑性变形能力。此外,动态再结晶发生在高温可能改进的晶粒结构,改善热加工性Mg合金。
先进成形技术,如平等通道角压(ECAP),多锻造、高压扭转,累计卷焊、搅拌摩擦加工目前新兴获得ultra-grain细化通过晶粒碎裂严重塑性变形(4,7]。这些技术,多锻是极具吸引力的主要是因为它能提供附近各向同性性质。其他优点包括:(1)不需要专门的工具和死了,(2)高应变可以轻易传授,和(3)改善延性,拉伸和疲劳强度特性通过应变诱导晶粒细化。
很少有报道AZ 31合金的热锻特性(8,9]。研究多AZ 31合金的锻造(加)也报道(10,11]。所有的乘加AZ 31日合金的研究使用压缩试验进行了实验室规模的设施。此外,这些研究仅限于150 - 350°C的锻造温度的非等温条件。
以下知识空白刺激进行现状调查:(1)AZ 31合金的等温锻造特点尚未研究,(2)粒度和硬度之间的关系阿兹31合金不是很好理解,和(3)的锻造特点AZ 31合金在工业规模锻造温度较高(> 350°C)在文献中还没有报道。
根据上述事实,本调查旨在进行多轴向iso-thermal锻造AZ 31日镁合金和评估它们的属性在更高的锻造温度(350 - 400°C)和工作条件(ΣΔε= 0.9和1.2)。
锻造工艺设计
AZ31-B挤压坯料在本研究中选择。的化学成分(wt %) - al - 1%锌合金是mg - 3% - 0.5% - mn。挤压坯料有一个长方体形状与尺寸的150 x90 x32毫米(轴比4.68:2.81:1)。坯加热到锻造温度为350°C和400°C的硫保护气氛下烧油炉。
坯料锻造在所有三个方向10000 kN工业液压机。样本中的每个通过锻造后,旋转90°角,如图所示数据1和2所以,他们在所有三个方向。顶部和底部都死了,工具钢,维持钢坯的温度一样,来模拟一个等温条件。铸坯有累积菌株(ΣΔε)0.9每个方向(0.3)和1.2(0.4 /方向)。等量的工作是向四面八方扩散。在锻造模具速度为33.3毫米/秒。锻造的细节设计的示意图所示数据1和2。石墨润滑剂被用作一个die-work润滑剂在锻件来减少摩擦和最后一部分的死亡金属区。每一次后,铸坯被立即熄灭在热水中保持在40 - 70°C,后来,他们被加热到锻造温度下锻造之前通过。最后通过后,铸坯被扑灭之前抽取样品进行测试。淬火结束之间的延迟时间变形和完全沉浸淬火钢坯的媒体是3 - 5 s。
测试
样品的硬度和微观结构测试被一架飞机最终锻造方向平行,如图所示数据1和2。锻造是布氏硬度测量的硬度规模1毫米直径的钢球硬度计压头和压痕载荷10公斤。七个缺口被报道在每个方向随机平均硬度的锻造。金相样品是使用标准金相抛光技术和蚀刻在一个乙酸苦酸浸蚀液解决方案(10毫升乙酸+ 4.2 g苦味酸+ 10毫升水+ 70毫升乙醇)。样品的微观结构进行了分析使用光学显微镜(尼康Epiphot)。锻件的晶粒尺寸测量使用图像分析软件(马里兰州贝塞斯达ImageJ、国家卫生研究院、美国)的平均值确定平均最低50粒。平均粒径值与硬度。
图1:于多轴锻造设计的累积应变0.9(30% /方向努力)。
图2:于多轴锻造设计的累积应变1.2(40% /方向努力)。
从多等温锻造过程中,据悉,合金可以传授的最大应变120%没有开裂的工业规模选择公关ocessing参数。激活更多的滑动系统,如棱镜((1010)[1120])和锥体((1011)[1120])滑倒和广泛发生晶界滑动是归因于较高的成型性能的合金12]。
表1提供硬度的结果和AZ 31合金的晶粒尺寸。数据3- - - - - -6显示多轴锻造AZ 31合金的微观结构对各种锻造条件。见数据3- - - - - -6、粮食结构或多或少的等轴锻造条件。同样,没有明显的细长颗粒的微观结构。没有观察到的乐队,unrecrystallized谷物和纤维结构的微观结构。这些观察结果证实这一事实mdf诱导连续动态再结晶(cDRX)在建立和完善谷物。此外,扭结机制有助于晶粒碎裂在MDF (11,12)与单一定向锻造(SDF)。自卫队的膝折带形式直到基底平面的旋转平行垂直于加载方向。之后,膝折带的形成与任何更高的发生很少,增加应变条件,因此细晶粒演化的膝折带辅助颗粒破碎是停止13]。相比之下,膝折带形成继续增加应变MDF过程中因为锻造的变化方向每次经过重新排列后基底平面平行于加载方向。
表1:多轴向伪造AZ 31合金的性质。
图3:加AZ 31镁合金的微观组织ΣΔε= 0.9 350°C条件。
图4:加AZ 31镁合金的微观组织ΣΔε= 1.2 350°C条件。
图5:加AZ 31镁合金的微观组织ΣΔε= 0.9 400°C条件。
图6:加AZ 31镁合金的微观组织ΣΔε= 1.2 400°C条件。
图7:晶粒尺寸对加AZ 31镁合金的硬度。
随着压力增加,位错密度增加,晶界之间的错位从低到高的角度增加由于堆积混乱和膝折带的形成。颗粒内部的膝折带也发展由混乱的交点在最初的传递。杨(9)报道,晶界之间的错位角从5°的饱和值大幅上涨43°后50%(0.5)变形合金,作为细晶粒演化的动力。他们还报道,错位角变化不敏感的锻造温度。随着锻造,扭结乐队的数量和他们的十字路口,颗粒之间的错位角(累积形成的高角度晶界移动滑)增加,最终导致粮食破碎(9]。分散的颗粒晶界能量高,因为他们是高角度晶界包围。这些边界作为成核的形成新的压力——免费DRX细颗粒。重要的是要注意,DRX是温度的函数14]。多余的温度比要求增加了热扩散的Mg原子(原子和晶界)导致晶粒粗化。
另一个有趣的观察数据3- - - - - -6是没有变形的双胞胎的微观结构。这个观察暗示在热变形双晶的作用可以忽略不计。巴奈特(15)报道,孪生几乎导致变形时的输入材料的粒径小于10毫米。同时,AZ组倾向于双晶合金随Al(内容的减少16]。作为初始晶粒尺寸的钢坯在当下研究2 - 5毫米,铝含量少,孪生没有发生显著影响变形。
在350°C,应变诱导动态再结晶的晶粒结构改进合金。看来,粒度比较均匀的分布在低变形条件(工作比率:0.3 /方向)与更高的工作条件(工作比率:0.4 /方向),见数据3和4。这可能是因为统一精制谷物的生长。在更高的工作条件(工作比率:0.4 /方向),优惠晶粒生长是观察到,导致双峰大小晶粒结构(细和粗颗粒的混合物)的微观结构,如图4。众所周知,再结晶温度随越来越多的工作,因为更高的存储应变能和位错密度。晶粒生长阶段可能更先进的工作比为0.4的情况下每方向条件导致更多的晶粒生长和增加工作压力。这一发现尤其小说,因为它是在与大多数报道Mg合金的锻造显示晶粒尺寸减少与增加工作比率(10- - - - - -12]。重要的是要注意,这些研究进行了远低于再结晶温度(350°C)不同温度之间传递。在那个温度,晶粒生长的驱动力非常少,因此,工作比在应变诱导晶粒细化起着至关重要的作用。
增加锻造温度提高合金的晶粒尺寸由热激活Mg原子的自扩散。这个结果是同意斜纹棉布裤(8]报告AZ 31合金的锻造。在400°C,更高的工作加速优惠晶粒生长导致快速的晶粒粗化,见数据5和6。金(17)观察到类似的异常动态晶粒生长AZ 31合金在变形超过400°C。测量合金的晶粒生长活化能之间400 - 500°C (Q = 109.2焦每摩尔)单程ECAPed样本(ε= 1)远低于晶格自扩散活化能(QL = 135焦每摩尔)和晶界扩散活化能(Q (GB)gb= 92焦每摩尔)。晶粒生长的观察更低Q值表明,大量的外在混乱堆积在GBs使晶粒结构不平衡,加快原子迁移导致粮食进化和快速增长(18]。
从上面的,很明显,应变(%)工作的效果不明显的晶粒细化对锻造温度条件下,我们可以看到从粒度结果中给出表1。
针对压力关键应用,给出晶粒结构数据4- - - - - -6是非常不可取的,因为大空间变化的力学性能。样品的各种硬度结果II, III和IV中给出表1证实了参数空间变化的力学性能
合金的平均硬度增加而降低锻造温度。硬度的增加归因于晶粒细化。这个结果是与Hall-Pitch协议关系,合金的强度与晶粒尺寸成反比。因此,硬度增加而减小晶粒尺寸。
硬度变化随减少工作率。这是因为更高的工作比推广优惠晶粒生长导致双峰大小分布颗粒的微观结构。从而导致相对锻造合金的硬度差异很大。锻造温度和工作之间的比率,显然,锻造温度有更大的影响力决定合金的晶粒尺寸/硬度。随着晶粒尺寸的逆关系的韧性和硬度和强度,合金锻造在400°C 0.3和0.4减少比率料显示可怜的强度和延性性能由于严重的晶粒粗化。
图7显示平均粒径之间的关系,平均加AZ 31镁合金的硬度。曲线表明,硬度增加而降低合金的晶粒尺寸。数据点都配有出以下的幂律趋势粒度和硬度之间的回归方程。
H = 143.13 * (G)-0.2058(右2值回归健康= 0.98)
在H和G表示平均硬度,分别平均粒径。
上述方程定性与Hall-Pitch协议关系,合金的强度是粒径的平方根成反比。
多轴锻造特点AZ31镁合金在工业规模研究两增加锻造温度(350°C和400°C)和工作比率每个方向(0.3和0.4)。目前调查的重要成果总结如下:
•晶粒细化可以保留通过减少锻造温度(350°C)和减速比每个方向(0.3)。
•增加工作比支持优惠晶粒生长导致双峰大小分布颗粒的微观结构,从而导致硬度显著变化。
•的晶粒生长严重的情况下温度较高(400°C)和工作比每个方向(0.4)锻造条件。
•锻造温度对粮食进化和发展有更大的作用比工作比加器的过程
