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挤压变形对Mg-5.0Y-7.0Gd-1.3Nd-0.5Zr合金组织和性能的影响

来源期刊:中国有色金属学报2010年第9期

论文作者:李永军 张奎 李兴刚 马鸣龙 王海珍 何兰强

文章页码:1692 - 1697

关键词:镁合金;挤压比;挤压筒温度;微观组织;力学性能

Key words:magnesium alloy; extrusion ratio; extrusion tube temperature; microstructure; mechanical property

摘    要:对Mg-5.0Y-7.0Gd-1.3Nd-0.5Zr(EW75M)合金在不同条件下挤压变形后的组织和性能进行测试。结果表明:随着挤压比的增大,合金的强度和塑性均大幅度提高,当挤压比增大到20以后,晶粒细化对合金的强化效果趋于稳定;当挤压筒温度由400 ℃升高到450 ℃时,合金强度和伸长率的降幅均在5%以内,挤压筒温度在400 ℃~ 450 ℃变化时对合金挤压变形后的性能影响较小;将合金均匀化处理(535 ℃、24 h)后直接进行挤压变形(挤压比20,挤压筒温度400 ℃,挤压速度1~2 m/min),其极限抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到335 MPa、240 MPa和16.5%。

Abstract: The microstructures and mechanical properties of Mg-5.0Y-7.0Gd-1.3Nd-0.5Zr (EW75M) alloys extruded under different conditions were tested. The results indicate that both the strength and plasticity are improved with increasing extrusion ratio. When extrusion ratio is more than 20, the effect of grain refinement on strengthening has little improvement. When the extrusion tube temperature increases from 400 ℃ to 450 ℃, the average grain size has little increase, and both strength and elongation are decreased by less than 5%. After being hot treated at 535 ℃ for 24 h,EW75M alloy is directly extruded under conditions of extrusion ratio of 20, extrusion tube temperature of 400 ℃ and extrusion speed of 1-2 m/min. After being extruded, the ultimate tensile strength,yield strength and elongation of EW75M reach 335 MPa, 240 MPa and 16.5%, respectively.

基金信息:国家重点基础研究发展计划资助项目



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文章编号:1004-0609(2010)09-1692-06

挤压变形对Mg-5.0Y-7.0Gd-1.3Nd-0.5Zr合金

组织和性能的影响

李永军, 张  奎, 李兴刚, 马鸣龙, 王海珍, 何兰强

(北京有色金属研究总院 有色金属材料制备加工国家重点实验室, 北京 100088)

摘  要:对Mg-5.0Y-7.0Gd-1.3Nd-0.5Zr(EW75M)合金在不同条件下挤压变形后的组织和性能进行测试。结果表明:随着挤压比的增大,合金的强度和塑性均大幅度提高,当挤压比增大到20以后,晶粒细化对合金的强化效果趋于稳定;当挤压筒温度由400 ℃升高到450 ℃时,合金强度和伸长率的降幅均在5%以内,挤压筒温度在400 ℃~ 450 ℃变化时对合金挤压变形后的性能影响较小;将合金均匀化处理(535 ℃、24 h)后直接进行挤压变形(挤压比20,挤压筒温度400 ℃,挤压速度1~2 m/min),其极限抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到335 MPa、240 MPa和16.5%。

关键词:镁合金;挤压比;挤压筒温度;微观组织;力学性能

中图分类号:TG 146.2       文献标志码:A

Influence of extrusion on microstructures and mechanical properties of Mg-5.0Y-7.0Gd-1.3Nd-0.5Zr magnesium alloy

LI Yong-jun, ZHANG Kui, LI Xing-gang, MA Ming-long, WANG Hai-zhen, HE Lan-qiang

(State Key Laboratory for Fabrication and Processing of Nonferrous Metals,

General Research Institute for Nonferrous Metals, Beijing 100088, China)

Abstract: The microstructures and mechanical properties of Mg-5.0Y-7.0Gd-1.3Nd-0.5Zr (EW75M) alloys extruded under different conditions were tested. The results indicate that both the strength and plasticity are improved with increasing extrusion ratio. When extrusion ratio is more than 20, the effect of grain refinement on strengthening has little improvement. When the extrusion tube temperature increases from 400 ℃ to 450 ℃, the average grain size has little increase, and both strength and elongation are decreased by less than 5%. After being hot treated at 535 ℃ for 24 h,EW75M alloy is directly extruded under conditions of extrusion ratio of 20, extrusion tube temperature of 400 ℃ and extrusion speed of 1-2 m/min. After being extruded, the ultimate tensile strength,yield strength and elongation of EW75M reach 335 MPa, 240 MPa and 16.5%, respectively.

Key words: magnesium alloy; extrusion ratio; extrusion tube temperature; microstructure; mechanical property

                    

目前,大多数镁合金产品主要通过铸造方式获得,变形产品较少。这主要是因为大多数镁合金为密排六方结构,在室温下可开动的滑移系少,塑性变形性能较差,从而限制了其在工业上的应用。与铸造镁合金产品相比,变形镁合金产品(如挤压、锻造、轧制)由于在塑性变形过程中消除了铸造缺陷,细化了合金晶粒,合金的综合性能得到大幅度提高[1-4]。张新明等[5]研究了挤压温度对Mg-9Gd-4Y-0.6Zr合金组织性能的影响,通过降低挤压温度可以使合金的晶粒显著细化,同时提高合金的强度和塑性,并指出该合金适宜的挤压温度在420~440 ℃[5],表明选择适宜的塑性变形参数对提高合金综合性能的至关重要。Mg-Y-RE系合金作为一类新型高强耐热变形镁合金具有广阔的应用前景,通过研究制定合适的变形加工工艺成为其推广应用的基础,而目前国内外相关的研究报道较少,开展相关的实验研究对尽快实现该类合金的工业应用具有重要的意义。

本文作者以Mg-5.0Y-7.0Gd-1.3Nd-0.5Zr(EW75M)镁合金作为研究对象,通过调整合金挤压变形时的挤压比和挤压筒温度,对合金在不同挤压变形工艺条件下的微观组织和力学性能进行观察和分析,研究变形工艺条件对合金微观组织和力学性能的影响,并结合实验结果分析塑性变形对EW75M合金的强化机制,为EW75M合金制定适宜的塑性变形工艺提供依据。

1  实验

实验铸锭经过锯切和车削加工后制备成端面平整的圆柱,其尺寸为d 93 mm×200 mm。先将加工好的铸锭在535 ℃下均匀化处理24 h,出炉后立即在YH61-500G型卧式挤压机上进行热挤压变形,实验的工艺参数分为两组:1) 挤压比分别为10、15、20和30,挤压筒温度为400 ℃;2)挤压筒温度分别为400、450 ℃,挤压比为20。两组实验的挤压速度均为1~2 m/min,并对挤压棒材进行在线水冷。从不同挤压条件下的挤压棒材上分别取样,进行微观组织观察和力学性能测试。实验合金的化学成分如表1所列。

表1  实验合金的化学成分

Table 1  Chemical composition of EM75M alloy (mass fraction, %)

2  结果与分析

2.1  不同挤压比下挤压后合金的微观组织和力学  性能

图1所示为EW75M合金在不同挤压比下挤压后纵向微观组织。当挤压比为10时,合金动态再结晶不充分,晶粒比较粗大,平均晶粒尺寸在35 μm左右。当挤压比增大到20以后,合金的晶粒被明显细化,大尺寸晶粒的数量减少,晶粒大小较为均匀,平均晶粒尺寸在20 μm左右,表明变形程度增大后,合金的晶粒内位错密度增加,晶格畸变加剧,新晶粒形核数目增多而使晶粒细化;均匀化处理后残留的金属间化合物由于挤压变形的破碎作用,变成细小的点状颗粒相在晶界和晶粒内呈离散分布。当挤压比增大到30

图1  EW75M合金在不同挤压比下挤压后纵向的微观组织

Fig.1  Longitudinal microstructures of EW75M alloys extruded at different extrusion ratios: (a) 10; (b) 15; (c) 20; (d) 30

时,挤压变形对晶粒细化的效果明显,但与挤压比为20时相比,平均晶粒尺寸没有明显减小,表明当挤压比达到20以后,挤压变形对合金的晶粒细化效果趋于稳定。在不同挤压比挤压后的合金中,都同时存在着大量细小的等轴晶晶粒和大尺寸晶粒,从而造成合金变形的不均匀性。这是由于镁合金的层错能较低,在热变形过程中,加工软化本应以动态回复为主,但因其晶体结构的对称性低,滑移系少,位错交滑移难以进行,因而在热变形时,镁合金的加工软化以动态再结晶为  主[6-8]

图2所示为EW75M合金在不同挤压比下挤压棒材纵向的拉伸力学性能。与铸态合金相比,不同挤压比下挤压变形后合金的极限抗拉强度、屈服强度和伸长率均有大幅度提高。随着挤压比的增大,合金的变形程度增大,晶粒更加细小、均匀,合金的极限抗拉强度、屈服强度和伸长率都有不同程度的增加。挤压比从10增大到20,合金强度的提高幅度在20%左右,而合金伸长率从8%提高到16%,增加幅度达100%,表明挤压比增大后,合金晶粒的进一步细化对提高合金塑性的作用比提高强度的作用更大,晶粒尺寸对合金塑性的影响比对强度更明显。当挤压比从20增大到30后,合金的强度和伸长率与挤压比为20时相比没有进一步提高,表明当挤压比达到20以后,挤压变形对合金的细晶强化效果趋于稳定。挤压变形后,合金铸态组织中的缩松、气孔等缺陷被焊合,合金内部缺陷数量减少,合金的晶粒细化后相邻晶粒间更容易协调变形,晶界数量增加从而延迟了裂纹的产生和扩展,同时提高了合金的强度和塑性[9-10]

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