高塑性、室温成形镁合金板材研究取得新进展

 

 

 

2010-07-16 | 新闻来源:镁合金的研制与防护小组

 

 


 

 

    与其它金属、塑料和木料等结构材料相比,镁及镁合金具有比强度、比刚度高,减振性好,电磁屏蔽和抗辐射能力强,易切削加工,易回收等一系列优点,在汽车、电子和家用电器、家庭日用品、休闲和健身装备、航天、航空和国防领域获得日益广泛的应用,被称为21世纪的绿色工程材料,并有望在不远的将来成为用量继钢铁和铝合金之后的第三大金属结构材料。

    利用轧制技术大批量生产性能优良的镁合金板材,通过冲压、冲锻等二次成形工艺制造复杂零件,是使其获得更广泛应用的重要途径,人们对此表现出了极大的兴趣。然而,现有商用AZ31镁合金在轧制过程中会形成强烈的基面织构,中低温变形时具有低的应变硬化指数(一般小于0.15),塑性流变的稳定性低,无法获得高塑性,室温的纵向和横向塑性一般在15~25%;且存在强烈的各向异性(各向异性因子一般大于2.5)和拉压不对称性,成形过程中容易开裂,因此一般需在高温(250℃以上)成形。镁中添加Li元素,形成α-Mg + 高塑性的β相的双相合金或完全单相β的Mg-Li合金,具有优良的室温塑性,可以室温轧制及二次成形。然而,大量Li元素的加入,显著降低了镁的强度和抗腐蚀性能,且价格高昂,应用范围十分有限。利用非常规的方法,如等通道角挤压(ECAE),可弱化AZ31镁合金的基面织构,材料表现高达45%以上的拉伸伸长率,但这些材料尺寸小,没有应用价值。因此,研发具有高塑性、一定强度和抗腐蚀性能、适合室温或低温成形的镁合金板材对扩大镁合金的应用有重要意义。

    材料环境腐蚀研究中心韩恩厚、陈荣石研究员带领博士生闫宏、吴迪在镁合金相平衡热力学原理和相图计算基础上,通过添加适量的稀土元素,如Y、Nd、Gd等,优化轧制工艺、中间退火和轧制后的最终退火工艺,研究了一系列Mg-Zn-RE合金轧制板材的组织、织构和各向异性。结果表明,新合金系不仅具有优良的轧制性能,轧制后获得了均匀的再结晶组织,同时,细小的第二相均匀地分布在基体中(图1)。该合金板材的织构与AZ31板材明显不同,织构中晶粒的c轴向板材的横向偏转±30-45°,类似于等通道制备的AZ31(图1),且织构的强度明显低于轧制AZ31镁合金板材。具有弱基面织构的新型镁合金轧制板材室温下沿板面拉伸时,大部分晶粒的基面滑移都具有高的schmid因子,大量基面滑移被启动,有效协调板材厚度方向的应变,并抑制压缩孪晶的产生,显著提高其伸长率,降低各向异性因子。板材的应变硬化指数(n值)高达0.25-0.29,轧向伸长率约33%;横向伸长率接近50%(图2);表征各向异性的Lankford值(r)很低,仅为0.8到1.3,r值接近1表明板材在拉深成形过程中产生制耳的可能性小;Erichsen实验表明该板材的成形性能接近一些典型的铝合金(图3)。IE值约为8,远高于商业镁合金的4,意味着新型板材不仅可以轻易地在平板上进行加强筋、花纹图案、标记等局部成形,而且可以进行飞机和汽车蒙皮等薄板的拉胀成形。研究发现,与铝合金利用第二相颗粒促进再结晶形核(Particle Stimulated Nucleation,PSN)弱化织构的原理类似,镁合金中加入稀土元素形成大量细小的第二相对弱化轧制的基面织构起到了重要作用。同时,研究还注意到轧制过程中形成大量与轧制方向呈一定角度的剪切带,动态再结晶优先在这些剪切带中发生,其再结晶晶粒具有随机取向(图4),弱化了基面织构。关于该新型材料的动态再结晶机理及其与轧制板材的织构形成、室温高塑性和高成形性能的关系仍需更深入的研究。相关技术可能加速镁合金板材、管材、型材及复杂结构零件大规模工业生产和应用的步伐。

 

 

 

 

 

 


 

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