变形镁合金的发展现状

科技论文写作结课论文1变形镁合金的发展现状摘要：本文介绍了变形镁合金的发展现状，介绍了变形镁合金的主要成型方式，包括镁合金高压扭转、多向锻造、轧制等、等通道转角挤压和连续挤压等剧烈塑性变形方式1,2。分析了大塑性变形的原理，介绍了大塑性变形方式对变形镁合金晶粒细化和织构控制的影响。通过对现有镁合金大塑性变形研究结果的总结与归纳,得出了镁合金大塑性变形技术未广泛应用的原因所在,并指出开发生产效率高、成本低、工艺简单的一道次成型即可显著细化晶粒和控制织构的新型大塑性变形技术将会是未来变形镁合金领域中的研究重点3。同时介绍了镁合金大塑性变形挤压成形的几种方法，分析了这些方法的特点，并对镁合金大塑性变形挤压技术的前景进行了展望。关键词：镁合金；大塑性变形；连续挤压0绪论镁及其合金是实际工程应用中最轻的金属结构材料，具有密度低、比强度和比刚度高、阻尼减震性好、导热性好、电磁屏蔽效果佳、机加工性能优良、零件尺寸稳定和易回收等优点，成为航空、航天、汽车、计算机、电子、通信和家电等行业的重要新型料。镁合金的开发和应用存在着巨大的空间和潜力，正如著名材料专家Cahn所指出的，“在材料领域中还没有任何材料像镁那样存在潜力与现实如此大的颠倒4。”目前，压铸是镁合金成形的主要方式；但是压铸件力学性能较差，并且容易产生微小的气孔，因此阻碍了镁合金产品的进一步发展。变形镁合金因其良好的综合力学性能而受到了重视5。1各种镁合金成型技术1.1高压扭转技术高压扭转工艺通过压杆向放置在固定不动模具中的盘状材料施加很高的压力，同时压杆作旋转运动，从而实现扭转剪切变形。试样一般为圆盘状，尺寸较小，直径一般为10-20mm，厚度为0.2-1.5mm。在高压扭转过程中，盘状试样可以在高达几个Gpa的压力下发生扭转变形，而试样的尺寸不发生变化，因此在试样的外侧可以引入很大的剪切应变。由于材料的剪切应变是通过压杆的旋转来引入，因此剪切应变量的大小与材料所处位置的半径有关。通过高压扭转制备的材料存在从中心向外侧组织不均匀的现象。科技论文写作结课论文2与其他大塑性变形加工工艺相比，高压扭转作为一种可连续的加工变形工艺，在理论上可以通过调节扭转圈数的变化在试样内部无限量地累积大量剪切应变，使材料晶粒尺寸均匀细化至亚微米级甚至纳米级，从而获得超细晶结构材料。目前，国内外针对高压扭转工艺的研究主要集中在结构材料的应用上，通过高压扭转加工以显著细化晶粒，从而达到提高结构材料强韧性的目的6。1.2多项锻造技术多向锻造技术是几种有代表性的强塑性变形方法之一，与其他方法（如等径角挤压和高压扭转）相比，多向锻造技术使用现有的工业装备即可实现大块致密材料的制备，可以大幅度提高材料性能，且工艺简单，成本低，因此有望直接应用于工业化生产。多向锻造技术是一种自由锻工艺。形变过程中材料随着外加载荷轴的变化而不断地被压缩和拉长，通过反复变形以达到细化合金晶粒、改善材料性能的效果。多向压缩是在多向锻造技术的基础上去掉拔长工序，在操作上采用固定比例的方形试样，每道次压缩30%~45%，淬水，然后将变形试样机加工成原比例的试样，再沿第二轴进行压缩，反复压缩变形以达到细化晶粒效果。多向压缩可以精确地计算变形量，但在本质上仍然属于多向锻造技术。1.3轧制技术常规轧制是生产镁合金板材的主要工艺。由于镁合金的塑性成形能力有限，必须进行小变形量多道次变形。在传统的小道次压下量多道次轧制过程中，滑移是镁合金整个变形过程中的主要变形机制，且大部分的塑性变形是通过滑移实现的。基面滑移是镁合金中最易启动的滑移系统，鉴于基面滑移只能提供2个独立的滑移系，从而不能满足均匀变形的要求。为了启动非基面滑移，镁合金的轧制一般需要在较高的温度下进行。虽然轧制温度较高，但由于整体滑移系较少且镁的层错能较低（相对铝等金属而言），因此镁合金变形过程中极易诱发孪生以协调变形7。晶界处和孪晶处的变形储能比较高，因而容易发生动态再结晶。粗晶、剪切带、孪晶和再结晶晶粒等可同时出现在镁合金板材组织中。这种组织不均匀性导致镁合金板材的后续成形性能较差。外，镁合金在传统的多道次轧制过程中，随着道次压下量的增加，应力容易在粗大晶粒的晶界处集中，导致板材的开裂。此外，随着轧制道次的增加，镁合金的基面织构明显增强，进而增加后续道次变形的难度。科技论文写作结课论文3所谓高应变速率轧制是指对镁合金板坯进行单道次大应变轧制，通过控制轧辊速度和板坯的厚度来获得高应变速率。高应变速率变形的应变速率范围与合金材质和变形工艺有关。应变速率过高时，镁合金变形时容易开裂。对于镁合金，轧制应变速率在接近和稍高于时可以纳入高应变速率变形的范畴。镁合金在较高的应变速率下进行轧制时，可以获得极高的孪晶和动态再结晶形核率，进而获得均匀的超细晶粒组织1,8。1.4等通道转角挤压20世纪70年代初期，由前苏联科学家Segal教授及其合作者最早提出并研究了等通道转角挤压技术。等通道挤压模具内有两个截面相同、以一定角度相交的通道，两通道的内交角为Ф，外侧圆弧角度为Ψ。在等通道转角挤压过程中，要求试样与模具中的通道尺寸紧密配合，试样在冲头的作用下经过两通道的转角处，产生近似理想的剪切变形。由于不改变材料的横截面形状和面积，故反复挤压可使各次变形的应变量累积迭加而得到相当大的总应变量7,9,10。ECPA利用一个互成一定角度的转角挤压金属，给试样以纯剪切应力，获得大的塑性变形，经过多次反复挤压发生应变量累积，获得组织均匀、晶粒细小的材料。ECPA使材料在挤压过程中获得极大的变形量，达到破碎晶粒，增加储能的目的。更重要的是材料在挤压过程中形状不发生改变，因而可以重复挤压，累积变形量。加工塑性差的材料时，需采用较高温度或较大转角4,9。1.5连续挤压技术连续挤压技术有CONFORM连续挤压、连续铸挤和链带式连续挤压法等。其中，CONFORM连续挤压已经得到了工业中的实际应用。国内镁合金的连续挤压技术研究主要集中在CONFORM连续挤压上面。在工艺方面，杨俊英11等以AZ31镁合金为研究对象，研究了挤压轮转速对坯料各层面速度分布的影响机制。结果表明，在连续挤压的过程中，金属在不同变形区域的流动速度有差异。挤压轮转速越大，不同层面金属的流动速度差值越大，流动的程度越不均匀。这种流动分布特点是由于轮槽面的摩擦驱动力与型腔壁摩擦阻力的相互作用形成的。吴桂敏等对AZ31镁合金连续挤压成形的工艺条件进行了研究，结果表明，变形金属的等效应力在压实轮下方最高，等效应变在模具入口处最大，型腔内的温度最高12,13。科技论文写作结课论文42变形镁合金今后发展展望传统铸造镁合金组织都很粗大、力学性能较差，镁合金层错能较低，变形过程中易发生动态再结晶，大多数情况下都是通过塑性变形来细化镁合金晶粒，改善其力学性能。传统的塑性变形手段包括:挤压、轧制、锻造等。由于镁合金是六方结构，塑性变形能力较差，统的单一的塑性变形方法已难以进一步提高其力学性能。针对这一难点，很多研究者引入新型的塑性变形手段，或者结合传统变形方式以提高镁合金成形性能14。目前变形镁合金的设计主要在保证好的塑性变形能力前提下：1.选择好的固溶体合金；2.好的细化晶粒的方法；3.利用不同的强化机理，如固溶强化、细晶强化、沉淀强化和复合强化等方法提高材料的综合力学性能。开发新型高强、超轻、耐热、耐蚀变形镁合金是目前镁合金设计的重点14-23。超轻镁合金主要指Mg-Li系合金。该合金是轻合金材料中最轻的一种，其比强度高，具有良好的冷热变形能力，是超轻高强合金的一个重要合金系，其冷变形率达50%以上，韧性和焊接性能良好，在共晶成分附近具有良好的加工性能和超塑性24。3结语变形镁合金具有一系列优良的性能，近年来，国家加大了对其开发研究的投入，关键的加工技术正在快速突破，变形镁合金应用的重点也从宇航、兵器工业等领域扩展到了民用高附加值产业，如汽车、电脑、通讯和家用高档产品等，展示了其巨大的应用价值。我国有丰富的镁资源和居世界首位的镁合金产能，但目前还没有形成具有优势的变形镁合金塑性加工技术体系，在产品开发及其应用方面尚存在严重不足，变形镁合金产品还没有找到巨大的应用市场。随着科学技术的发展，变形镁合金的加工技术将会快速发展，它的技术难题取得突破之时，变形镁合金将得到更广泛的应用25。科技论文写作结课论文5[1]陈吉华,严红革.强塑性变形在镁合金中的应用研究进展[J].广西科学,2015,(05):473-80.[2]许斯洋,李继忠,丁桦.镁及镁合金剧烈塑性变形研究及发展趋势[J].材料与冶金学报,2015,(04):305-10.[3]卢立伟,赵俊,刘龙飞,陈志钢,刘天模.镁合金大塑性变形的研究进展[J].材料热处理学报,2014,(S1):1-7.[4]程威,张敏刚,罗小萍,郝建强,刘敏.镁合金大塑性变形挤压技术发展新趋势[J].轻合金加工技术,2013,(05):16-9.[5]颜永年,李茂盛,林峰,吴任东,张人佶.变形镁合金的研究热点概述[J].清华大学学报(自然科学版),2007,(05):613-7.[6]高扬,卜乐平,甘启民,王科.镁合金挤压技术及其工艺的研究[J].新技术新工艺,2016,(04):72-6.[7]郑晓剑,余辉辉,信运昌.利用孪晶界面强韧化镁合金[J].中国材料进展,2016,(11):819-24+34.[8]赵龙,乔金虎,于建民,侯贵先,杜秀丽.变形镁合金的塑性变形及其热处理强化[J].热加工工艺,2013,(18):20-2+6.[9]李洁,刘莹莹,王庆娟,尤雪磊,王坤.连续变断面循环挤压与等通道转角挤压技术的工艺特征及其应用[J].材料导报,2014,(17):64-8.[10]陈水先,张辉,严琦琦.CONFORM连续挤压AZ31镁合金拉伸变形和断裂行为的研究[J].矿冶工程,2008,(01):88-90.[11]杨俊英,高飞,万萌萌,宋宝韫.AZ31镁合金连续挤压扩展成形流动速度分布规律[J].中国有色金属学报,2014,(11):2711-7.[12]李落星,周佳,张辉.车身用铝、镁合金先进挤压成形技术及应用[J].机械工程学报,2012,(18):35-43.[13]裴久杨,刘炎,樊志新.挤压轮转速对铜镁合金连续挤压成形过程的影响[J].特种铸造及有色合金,2016,(09):900-3.[14]刘楚明,郑梁,王松涛,肖宏超,徐璐.高强变形镁合金研究现状及发展趋势[J].宇航材料工艺,2012,(01):8-12.[15]王艳丽,郭学锋,黄丹,王英.高性能变形镁合金研究进展及应用[J].热加工工艺,2011,(18):11-4.[16]陈宜,王顺花.变形镁合金AZ31的研究进展[J].装备制造技术,2013,(11):243-6+9.[17]吕文泉,王锦程,杨跃双,李俊杰.高强镁合金的研究现状及发展趋势[J].材料导报,2012,(05):105-8+12.[18]李新凯,张治民,赵亚丽.变形镁合金的研究现状及前景[J].热加工工艺,2011,(24):54-5.[19]李俊辰,彭晓东,杨艳,赵辉.镁合金形变强化研究进展[J].轻金属,2011,(12):39-42+6.科技论文写作结课论文6[20]宋鹏飞,王敬丰,潘复生.高强变形镁合金的研究现状及展望[J].兵器材料科学与工程,2010,(04):85-90.[21]黄海军,韩秋华,王瑞权,申乐,刘明伟,赵海静.镁及镁合金研究动态与发展展望[J].中国铸造装备与技术,2010,(01):1-5.[22]丁文江,吴玉娟,彭立明,曾小勤,林栋樑,陈彬.高性能镁合金研究及应用的新进展[J].中国材料进展,2010,(08):37-45+36.[23]任红霞,刘长瑞,张娟,鞠克江.改善变形镁合金塑性的研究进展[J].新技术新工艺,2008,(07):79-82+4.[24]吴国华,陈玉狮,丁文江.镁合金在航空航天领域研究应用现状与展望[J].载人航天,2016,(03):281-92.[25]王荣贵.我国变形镁合金开发的现状与发展[J].山西冶金,2009,(02):1-2