【摘 要】
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基于变形是提高镁合金强韧性的重要途径,但镁滑移系少,成形性能较差,限制其推广应用。铸态组织细化可明显缩短镁锭均匀化处理时间,并提高塑性成形性能。本文基于氧化物孕育Mg-Al基(AZ31B和AZ80)合金,实现组织细化,主要研究Mg-RE合金屑氧化粉末种类和加入量等对合金中α-Mg和β-Mg17Al12的细化效果,及其孕育细化对均匀化退火过程和轧制性能的影响规律,基于组织观测和理论分析探讨其影响机制
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基于变形是提高镁合金强韧性的重要途径,但镁滑移系少,成形性能较差,限制其推广应用。铸态组织细化可明显缩短镁锭均匀化处理时间,并提高塑性成形性能。本文基于氧化物孕育Mg-Al基(AZ31B和AZ80)合金,实现组织细化,主要研究Mg-RE合金屑氧化粉末种类和加入量等对合金中α-Mg和β-Mg17Al12的细化效果,及其孕育细化对均匀化退火过程和轧制性能的影响规律,基于组织观测和理论分析探讨其影响机制。不同Mg-RE合金屑氧化粉末均可有效细化AZ31B合金α-Mg晶粒,其中Mg-30Gd(Sm)较佳添加量为3.0%,Mg-20Ce(La)较佳添加量为2.0%。对比加入等量的Mg-20La中间合金,2.0%的Mg-20La合金屑氧化粉末孕育细化效果更好,晶粒细化率达67%,力学性能更优,抗拉强度和延伸率分别提高58.7%和74.8%。细化机理归因于Mg O异质形核与RE造成成分过冷的协同细化。且Mg-20La合金屑氧化粉末可有效细化AZ80与Mg-12Al合金中粗大的β-Mg17Al12相并减少β-Mg17Al12的生成,较佳的添加量为3.0%。原因是La元素消耗基体中的Al原子使β-Mg17Al12相减少,并吸附在β-Mg17Al12生长枝晶尖端,抑制β-Mg17Al12相的长大。β-Mg17Al12相细化后,合金抗拉强度和延伸率分别提高26.5%和38.5%。Mg-20La合金屑氧化粉末孕育对AZ80合金的均匀化过程影响显著,组织细化后合金在400℃下均匀化退火时长由14h缩短为8h,效率提高43%。AZ31B合金和AZ80合金的极限轧制变形率分别从35%提高至65%和从35%提高至50%,力学性能也极大程度提高。机理在于细小的晶粒促进AZ系镁合金锥面(1011)滑移系的开动,轧碎的Al11La3颗粒促进合金轧制过程中动态再结晶过程,并阻碍再结晶晶粒长大,减少孪生变形,从而提高合金塑性变形能力。本文提出基于镁合金屑氧化粉末作为晶粒细化孕育剂,优化获得Mg-La合金屑氧化粉末可高效细化AZ系变形镁合金组织,并显著改善其塑性成形能力和力学性能的新工艺,对氧化夹杂有益化利用和高性能变形镁合金成形工艺开发具有一定的理论意义和参考价值。
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