热处理工艺对ZK镁合金力学性能影响分析与研究.doc

第 PAGE 1 页 共 NUMPAGES 60 页 1绪 论 随着科技的发展，在21世纪，保护环境，实现人类的可持续发展，已经成为世界各个国家共同关心的问题。合理使用、节约和保护资源，提高资源的利用率，从传统的高消耗、粗放型模式向可持续发展、集约型模式转变，也已经受到社会各界的普遍重视。 镁合金是目前工业应用中最轻的金属结构材料，具有密度小，比强度、比刚度高，阻尼减震性、切削加工性、导热性好，电磁屏蔽能力强，铸造性能和尺寸稳定性好等优点，同时，镁资源在地球上也很丰富，且镁合金产品易于回收利用，具有环保特性。因此，镁合金被誉为21世纪的绿色工程金属，近年来在汽车工业、航空航天、电子工业等领域中获得了迅速的发展，而且发展前景越来越好。 1.1选题的研究背景及意义 与铝合金相比，镁合金的研究和发展还很不充分，目前镁合金的产量只有铝合金的1％。镁属于密排六方结构金属，塑性变形能力差，很难加工成板、带、棒、型材等，因此镁合金主要采用铸件作为结构材料使用。随着航空、汽车、国防、电子工业的开发和进展，现有镁合金已难以满足某些特殊的要求，迫切需要开发各种新型的高性能镁合金。因此，积极探索改善镁合金的力学性能和成形性能的途径，对于推动镁合金材料的应用并发挥其性能优势具有重要意义。为了推动我国的镁工业，必须大力开发变形镁合金及其生产工艺。本研究以镁合金ZK60为研究对象，ZK60镁合金作为目前商用变形镁合金中强度最高者，提高塑性对扩大其应用至关重要。选择热挤压做为处理ZK60镁合金的技术方法。设计出适用的热正挤压模具，根据模具准备好ZK60镁合金毛坯。选择不同的挤压温度和不同的挤压比对ZK60镁合金进行热挤压，研究热挤压出的ZK60镁合金在挤压温度和挤压比两个条件的同时作用下显微组织和力学性能上的变化，并分析显微组织和力学性能之间的关系。 1.2课题研究的国内外现状与发展 1.2.1 1808年，HumphreyDaveyl43首次从汞合金中分馏出汞和镁；接着在1852年Bunsen第一次使用电解法从氯化镁中电解得到镁。至此，镁及镁合金作为一种新型材料蹬上历史舞台。在两次世界大战期间镁及镁合金得到了突飞猛进的发展。 Galiyev A等人发现ZK60镁合金在环境温度下承受大塑性应变（intense plastic straining，简称IPS）时会发生LTDRX（低温动态再结晶），造成晶粒的显著细化和材料硬度的强烈升高。2001年，日本东北大学井上明久等采用快速凝固法制成的具有100~200nm晶粒尺寸的高强镁合金Mg-2at% Y-1at% Zn，其强度为超级铝合金的3倍，还具有超塑性、高耐热性和高耐蚀性。德国汉诺威大学的F.W.Bach等人研究了变形镁合金的轧制工艺，采用新工艺，提高了其成形性能。Ei ji Yano等人研究了镁合金的半固态成形技术，利用预热的冷却斜槽近液相线铸造获得了半固态AZ90镁合金组织。Ninomiya Rojiro T等人研究发现，Ca有明显细化晶粒作用，可稍微抑制熔体金属的氧化，可以改善抗蠕变性能。J.C.F.Chan等人通过实验研究了应变强化及工艺参数对变形镁合金锻造性能的影响。日本的R.Matsumoto和K.Osakad a等人在镁合金温锻方面开展了相应的研究，并对镁合金温锻过程中的摩擦和润滑作了深入的研究。日本的T.Mohri等人研究了热轧AZ91镁合金在300℃和1.5×10-3s-1条件下的超塑性和微观组织演变，结果发现晶粒度为39.5μm的热轧镁合金在应变量为0.6之后，晶粒尺寸减小为9.1μm，说明在超塑变形的初始阶段发生了明显的晶粒细化。晶粒细化是由于动态连续再结晶造成的。由于晶粒细化，使得晶界滑移显著发生，并导致了604%的大延伸率。 沈阳航空工业学院的李秀华等人以工程上广泛应用的AZ91镁合金为研究材料，探讨了热挤压以及后续热处理所引起的AZ91镁合金的微观组织演化，确定了不同加工处理状态的AZ91镁合金在不同实验温度下的抗拉强度σb、屈服强度σ0.2和断裂延伸率δ。洛阳工学院的陈拂晓等人对变形镁合金MB26进行了超塑性实验研究。哈尔滨工业大学的丁水等对轧制态MB15镁合金进行了超塑性能研究,得出在最佳变形温度340℃，应变速率ε=5.56×10-4s-1时，获得应变速率敏感指数ｍ值为0.51，延伸率δ为415%，此时流动应力σ仅为11MPa，并分析了在最佳变形温度下应变速率对材料超塑性能及晶粒尺寸的影响。重庆大学的麻彦龙等人较系统地研究了ZK60镁合金的铸态组织。光学显微分析表明，铸态组织中存在很明显的枝晶；有相当数量的共晶组织沿晶界或枝晶边界断裂分布[1,2,3]。 1.2.2 ZK60镁合金的研究现状 由于ZK60合金是20世纪40年代末首次开发成功的,60年代后期进入工程