【正文】 鎂合金熔熔液的變質(zhì)處理是通過改變鎂合金的組織形態(tài)，從而影響合金的晶粒大小、力學性能和合金的氧化雜質(zhì)含量。鎂合金塑性成形工藝，如擠壓、軋制、鍛造、拉深、脹形 等 可以消除或減小在鑄造工藝階段所形成的縮孔縮松，提高鎂合金材料的綜合力學性能和使用性能，擴大鎂合金的應用范圍。鎂合金 晶體結構 中原子排列最為緊密的晶面是 {0001}基面，是最基本的滑移系，在室溫鎂合金發(fā)生塑性變形時，只有三 個基面滑移系，即兩個獨立的滑移系 。孿生切變量遠小于滑移變形量，其作用是改善應力集中和調(diào)整晶體的內(nèi)部取向，使滑移進一步進行，同時孿生和滑移交替進行，獲得更大的塑性變形量。其中壓下量、軋制溫度、軋制速度三者之間相互影響、相互制約。 4） 等經(jīng)角擠壓與等經(jīng)角軋制工藝 近年來，對鎂合金的研究結果表明，鎂合金在常溫下滑移系很少，塑性變形能力差，高溫下的塑性變形能力可得到進一步的改善。繼續(xù)加大變形，位錯胞尺寸變小，數(shù)量增多，位錯集中在胞壁上。 等經(jīng)角軋制工藝是一種連續(xù)剪切變形工藝，采用線速度相同的軋輥，軋輥由幾個小軋輥（衛(wèi)星輥）和一個大軋輥（中心輥）組成 [39]。 該儀器配用攝像裝置，可攝取金相圖譜，并 具有 對圖譜進行測量分析，對圖 像 進行編輯、輸出、存儲、管理等功能。 1863 年 ， 英國人 ()把試樣的制備（切割、磨拋）、拋光和腐刻等 巖相學 技術 應用于 鋼鐵 的 研究， 產(chǎn)生了 金相技術，后來還拍出一批低放大倍數(shù)的和其他組織的金相照片。 透鏡的分辨率和象差缺陷的校正程度是衡量顯微鏡質(zhì)量的重要標志。因此，小于 m? 的顯微組織，必須借助于電子顯微鏡來觀察 ， 而尺度介于 m? ～ 500 m? 之間的組織形貌、分布、晶粒度的變化，以及滑移帶的厚度和間隔等，都可以用光學顯微鏡觀察。物鏡和目鏡經(jīng)過這些象差校正后，不僅圖 像 清晰，并可在較大的范圍內(nèi)保持其平面性，這對金相顯微照相尤為重要。 不能傾斜 顯微鏡， 否則 目鏡 會 從鏡筒上端 移出 。 若 轉(zhuǎn)換器螺口 發(fā)生損傷或 松動后 ， 轉(zhuǎn)換 高倍物鏡時 將對焦距的交接造成困難 。在 300℃ 以上，應變速率的影響就微乎其微 。塑性成形中，模具與工件之間的摩擦影響工件的成形及表面質(zhì)量。 第一章 緒論 14 課題的 提出 本論文提出采用極限拱頂高度實驗對熱軋鎂合金板料進行脹形成形。 Sebastian W [45]等人經(jīng)過研究得出結論，低溫下，鎂合金 AZ31 板料的成形性能較差，但成形出的淺拉深件表面質(zhì)量較好，板料的抗拉強度隨著溫度的升高而降低，塑性卻 隨著溫度的升高而 提高。 （ 6） 使用轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化器 轉(zhuǎn)換物鏡鏡頭， 而 不 輕易 搬動。 1872 年 荷蘭()研究出 這種裝置 ， 并制成了第一臺金相顯微鏡。透鏡的象差主要有七種，其中單色光 有 球面象差、彗星象差、象散性、象場彎曲和畸變五種 。 從上式可知，分辨率隨著 波長 和 折射系數(shù) 的增加而提高。分立式和臥式 ， ,它們都包括光學放大、照明和機械三個系統(tǒng)。 光學、 照明、機械 等系統(tǒng)和 附件裝置 是構成 金相顯微鏡主要 部分 。等經(jīng)角軋制工藝能有效 地 降低能源消耗，主要是因為軋制模具所需要的擠壓力由軋制過程產(chǎn)生的摩擦力提供。如果在擠壓的過程中材料的晶粒細化到一定程度且很好的控制材料的晶界結構，經(jīng)等經(jīng)角擠壓的鎂合金獲得低溫超塑性 [38]。 常規(guī)的擠壓和軋制工藝不能滿足 上述兩個方面，因此提出等經(jīng)角擠壓工藝和等經(jīng)角軋制工藝 [3335]。為了得到性能良好的軋制板材，應 嚴格控制各個成山東大學碩士學位論文 9 性參數(shù)。同時擠壓成形時，材料受到的擠壓壓力大、加快模具的磨損、制品各向異性顯著。一般情況 下，影響鎂合金滑移的主要因素有合金第一章 緒論 8 元素、初始晶粒取向、晶粒度、成 形溫度、 成形速度等。 滑移變形 一般金屬材料主要是 靠 位錯運動來實現(xiàn) 塑性變形 的，鎂合金發(fā)生塑性形時也不例外。日本在熔煉鎂合金熔液時為了得到較好的變質(zhì) 效果，采用氫氣混入高純碳粉作為變質(zhì)劑。在發(fā)達國家使用惰性氣體保護法或 能與鎂發(fā)生反應成致密的氧化膜 的 阻燃物質(zhì) 。這個系統(tǒng) 使 生產(chǎn)過程中 鎂合金熔融 液 表 面 與空氣隔 開 ，避免鎂合金 熔融 液 的氧化燃燒，同時 可 在低溫下 進行保溫和澆注 [28]。鎂合金壓鑄成型鑄件收縮率均勻一致，脫型力較低，因此鎂合金鑄件尺寸精度高。 鎂合金在其它領域的應用發(fā)展 由于鎂的熱中子吸收截面小，僅是鋁的 1/4。全國 21 個省、自治區(qū)、直轄市的 4 個研究院所、 7所高校、 20 多家企業(yè)直接參與了 該 項目 的 研究進展 。 1930 年一家德國第一章 緒論 4 工廠在一輛汽車上鎂合金的使用達到了 。因此， Fe 和 Ni 的含量均必須小于%[1920]。 工業(yè)上所用的鎂合金并非單純的二元 MgAl 合金，而是同時加入其它合金元山東大學碩士學位論文 3 素，改善鎂合金的鑄造性能、力學性能、高溫性能和抗蝕性能 [18]。 Al 對鎂鋁合金的鑄態(tài)組織的影響是根據(jù) MgAl 二元相圖：平衡結晶時，溫度為 437℃，發(fā)生共晶反應 ：? ? ? ?1 7 1 2g + gL M M A l??? ，共晶產(chǎn)物 Al的 含量為 %。 （ 9）鎂合金具有優(yōu)良的切削加工性能 ； 其切削速度遠遠比其他金屬材料要高 ；機加工工件在加工過程中不需要切削液 ； 加工后不需要磨削、拋光處理 ； 加工面的光潔度很高 ； 同時其尺寸穩(wěn)定性好 、 尺寸精度高。 （ 3） 鎂合金的阻尼性能好，震動吸收性能好，適合用鎂合金 制作 抗震減震的零部件。 AZ31B。（ 3）對比兩種成形 速度下（ 1mm/min 和 10 mm/min）鎂合金板料的極限拱頂高度和脹形系數(shù)：較低的成形 速度下，鎂合金板料的極限拱頂高度和脹形系數(shù)較大。 鎂合金的密度較小， 鎂合金制品整體結構質(zhì)量輕 、 能源消耗少 。 （ 1） 在本文提出的溫度范圍內(nèi)（ 100～ 250℃ ） ，隨著成形溫度的提高，鎂合金板料的成形性能逐漸增強。 對比了二次成形與一次成形時鎂合金板料的成形性能，并分析了預成形高度與保溫時間對二次成形性能的影響；從拱頂高度和脹形系數(shù)等宏觀角度分析鎂合金板料的成形性能；對比 了 各成形條件下鎂合金板料垂直于脹形方向的顯微晶粒組織，從內(nèi)部晶粒變化機理分析二次成形對鎂合金板料成形性能的影響，最終找出提高鎂合金板料成形性能的方法。在金屬結構材料中，鎂合金具有絕對優(yōu)勢 [36]： （ 1）純鎂的密度為 ，鎂合金的密度比純鎂稍大，在 ～ g/cm3之間，大約是鐵的密度的 1/4，鋁的密度的 2/3，與塑料接近。 （ 7）鎂幾乎不與鐵發(fā)生反應， 因此 采用 壓鑄 成型 時，壓鑄模磨損少， 可 延長模具的使用壽命 。 合金元素對 AZ31B 鎂合金的影響 本 論文研究 鎂合金 AZ31B 板料的脹形性能 ， 大量的研究表明，合金元素對材料的各項力學性能有很大的影響 [12]，本章節(jié)介紹各種合金元素對 AZ31B 鎂合金板料的影響。 首先是因為 Al在 Mg中起到固溶強化作用 ； 其次，由于 Al 在 Mg中的溶解度隨溫度降低而下降，合金凝固或者進行時效 處理時，彌散的、平衡的 ? ?17 12gM Al? 強化相在過飽和 固溶體中析出，從而提高 MgAl 合金的強度。在 MgAlZn 合金中，為了獲得良好的綜合力學性能， Al、 Zn 含量應該有合適的比例。二戰(zhàn)期間，由于軍需，鎂合金在軍工、航天等領域開始廣泛應用，此時掀起了研究 和應用鎂合金的熱潮 [22]。 20 世紀 80 年代末我國引進了汽車變速器殼體殼蓋大型鎂合金壓鑄技術，開始了 在 大型汽車 使用 鎂合金壓鑄件。因此，應用開發(fā)具有高強度、高剛度和低膨脹系數(shù)的鎂基復合材料是現(xiàn)代兵器發(fā)展的重要方向之一。 鎂合金現(xiàn)代生產(chǎn)技術 1） 壓鑄鎂合金 鎂合金壓鑄成型具有一些的優(yōu)點：良好的充型能力、凝固速度快、可用于生產(chǎn)薄壁壓鑄件而不出現(xiàn)欠鑄和熱裂等缺陷、鑄件留型時間短、效率高、 對 壓鑄 模的沖擊小、鑄型的熱疲勞現(xiàn)象少和鑄型及坩堝的使用壽命長等優(yōu)點 [27]。 但是 采用這種工藝的 鎂合金鑄件內(nèi)外表面質(zhì)量明顯改善，力學性能和耐腐蝕性能都有很大的提高，同時鎂合金鑄件的尺寸精度高，對于生產(chǎn)飛機零部件和導彈等需要高尺寸精度的零件來說是一項重大改進。 低壓鑄造和差壓鑄造方法使鎂合金在鑄造過程中將合金的氣體保護 和預 加壓系統(tǒng)有效結合起來，已實際應用于生產(chǎn)鎂合金汽車零部件。對于含 Mn、 Al 等合金元素的鎂合金，可采用過熱高溫處理來細化晶粒?；阪V合金本身的性質(zhì)和工藝特點，加上日益進步的工藝技術，鎂合金有望成為 21 世紀新型的高性能材料。 非基面滑移系 ：三個 {1010}棱柱面和六個 {1011}錐面滑移系在室溫附近的 臨界 切應力遠比基面滑移系大得多。 常見的鎂合金塑性加工工藝 1） 擠壓工藝 [33] 采用 擠壓工藝 的材料的 變形過程在近似封閉的模具內(nèi)材料發(fā)生塑性變形，整個過程材料承受極大的壓力，能夠消除 鎂合金鑄錠中 的 縮孔縮松 、 提高材料的成形性能，從而使材料在二次變形時能夠承受更大的塑性變形量，改善材料的綜合力學性能。鋼、鋁等材料的壓下量較大，而鎂合金的塑性較差，每次壓下量應控制在一定得范圍內(nèi)，若變形量較大，軋制應分幾步完成。影響沖壓成形性能的力學性能參數(shù)有屈強比、加工硬化指數(shù)、塑性應變比、應變敏感性指數(shù)。當位錯胞的直徑到達一定程度時就不再隨變形量的增加而減第一章 緒論 10 小。 由軋輥帶動板料連續(xù)通過模具，從而實現(xiàn)板料的連續(xù)剪切變形。金相顯微鏡 是一種 結合 了 光學顯微鏡、光電轉(zhuǎn)換、計算機圖像處理 等技術，在 計算機上 清晰顯示 金相圖像， 并 通過觀察計算機圖像、 分析金相圖譜 、 評級等 ，從而 輸出、打印 圖像的高科技產(chǎn)品 。 Sorby 和他的同代人德國人 ()及法國人 (F. Osmond)的科學實踐， 使 現(xiàn)代光學金相顯微術 得以進一步發(fā)展 [41]。在金相技術中分辨率指的是物鏡對目的物的最小分辨距離。這對于分析合金性能、了解冶金過程、進行冶金產(chǎn)品質(zhì)量控制及零部件失效分析等，都有重要作用。因 此 現(xiàn)已廣泛采用平場消色差物鏡、平場復消色差物鏡以及廣視場目鏡等。 （ 3） 觀察 顯微鏡上的物體 時， 不能因觀察便利 移動顯微鏡的 位置。 （ 9） 當顯微鏡換上 高倍物鏡時， 不用 粗動調(diào)焦 距 手輪調(diào)節(jié)焦距， 否則會使物鏡與玻片因過大的 移動距離 而發(fā)生 損傷。 張凱鋒 [49]等人研究肥皂、硅油和石墨的潤滑效果，表明拉深成形時，肥皂潤滑的效果最好。因此本論文研究成形溫度、成形速度、 板料厚度、 模具與工 件之間的摩擦對鎂合金 AZ31B 板料成形性能的影響，從而提出鎂合金板料成形的最佳生產(chǎn)條件。李彩霞 [51]采用有限元分析軟件分析工件與模具接觸的不同部位其摩擦應不同對待。 鎂合金 AZ31B 板料成形性能研究進展 [44]等人研究溫度對鎂合金 AZ31 板料拉深性能的影響，得出隨著溫度的升高，鎂合金 AZ31 板料的拉深成 形 性能逐步提高。 （ 5） 避免在潮濕的環(huán)境下使用 顯微鏡 ，并保持 清潔。 金相顯微鏡與生物顯微鏡 不同，不是 采 用透射光 ， 而是采用反射光成像 ，因而必須有一套特殊的附加照明系統(tǒng)， 即 垂直照明裝置。在低倍情況下，象差主要通過物鏡進行校正 ； 在高倍情況下，則需要目鏡和物鏡配合校正 。德國人阿貝 (Abb)對最小分辨距離提出了以下公 ： d=λ/2nsinφ （ 12） 式中 ， ? 為光源波長； n為樣品和物鏡間介質(zhì)的折射系數(shù)（空氣 ： n=1；松節(jié)油 n=）； 第一章 緒論 12 ? 為物鏡的孔徑角之半。 金相顯微鏡是用可見光作為照明源的一種顯微鏡。 對鎂合金 金屬內(nèi)部的組織結構 的 觀察 、 檢驗 、 分析 ，可以利用 金相顯微鏡 來完成 [40]。等經(jīng)角軋制不僅能連續(xù)生產(chǎn)板料，同時具備等經(jīng)角擠壓工藝所具備的優(yōu)點。繼續(xù)變形，胞壁位錯交錯變成二維界面，形成大角度或小角度晶界，從而細化晶粒。為提高鎂 合金 的塑性成形性能，降低鎂合金板料各向異性程度，可以從兩方面考慮 ： 首先制備細晶組織，其次有效 地控制亂晶和織構的類型。軋制后板材的各向異性也不利于板材后續(xù)成形。 擠壓成形的鎂合金制品尺寸精度高、表面質(zhì)量好、晶粒粒度小、塑性變形性能好，同時擠壓成形工藝靈活、操作方便。然而提高成形溫度，鎂合金晶體的棱柱面和基面等滑移系被激活而啟動，同時錐面滑移系 使 鎂單晶的各向異性減小，從而使鎂合金的在高溫下的塑性 成形 性能有大幅度的提高。為了更好的解決鎂合金在實際生產(chǎn)過程中的塑性變形所遇到的困難，首先要 清楚鎂合金塑性變形的內(nèi)部機理。 對于 不含 Al的鎂合金，可 加入鋯 元素使晶粒 細化 。 該溶 劑熔點低，在較低的溫度下融化成固態(tài)，阻止空氣和鎂熔液相接觸。 因 使 從供料到擠壓之間金屬 液 的停留時間 縮短 ，使鑄件均勻凝固，可生產(chǎn)形狀復雜的薄壁鎂合金件。采用壓鑄成型不僅可以用冷室壓鑄 機壓鑄，同時也可以采用熱室壓鑄機壓鑄，提高壓鑄成型效率。 經(jīng)過將近一百年的發(fā)展，鎂合金材料的各方面性能都有很大的提高，鎂合金的應 用范圍也 不斷的擴大，從民用、軍用飛機上的發(fā)動機山東大學碩士學位論文 5 零部件、齒輪箱、支架結構， 到火箭、導彈和衛(wèi)星上的一些零部件。 在 “十五 ”期間啟動了 “鎂合金開發(fā)應用