触变成形工艺参数对ZW21镁合金组织和力学性能的影响

【摘要】镁合金由于具有密度低、比强度和比刚度高等优点,在汽车工业、航空航天等领域得到广泛的应用,但是由于镁合金自身力学性能比较低,严重制约了其在工业上的广泛应用。半固态成形技术可以显著减少、甚至消除缩松,降低铸件中的气孔,可以显著提高材料的力学性能。因此,利用半固态成形技术来提高镁合金的力学性能是一种可行的方法。本文利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等分析手段对ZW21镁合金半固态成形性进行了初步评价,然后研究了触变成形工艺参数对其组织和力学性能的影响,获得了最佳的触变成形工艺。研究表明：金属型铸造的ZW21镁合金具有良好的力学性能,抗拉强度达到210MPa,其组织是由细小的等轴晶和晶间的不连续的网状共晶组织组成(晶粒尺寸为57um)。ZW21合金主要含有α-Mg和W相(Mg3RE2Zn3),W相以层片状分布于晶界或者三个晶粒交汇的三角区域处。ZW21合金具有合适的加工温度窗口(△TTPW=16℃),固液两相区温度范围适中(△T=54℃)、固相率对温度敏感性低(Idfs/dT|=0.0125<0.015),很适合半固态加工。Φ43mmx30mm试样在640℃下加热60min时,可以获得初生相为细小的(晶粒尺寸为82um)圆球形(形状系数为1.21)颗粒的半固态组织。与金属型铸造的ZW21合金相比,由于加热时间较长,晶粒尺寸有所增大,但是仍满足半固态成形的要求。因此,ZW21镁合金适合半固态成形。触变成形工艺参数主要影响初生颗粒的形貌,体积分数、W相的含量以及组织致密度,进而影响材料的力学性能。以力学性能作为评价标准,可以得到ZW21镁合金最佳的触变成形工艺参数：部分重熔温度为640℃,部分重熔时间为70min,模具温度为300℃,压力为220MPa,压头速度为80mm/s。此时,抗拉强度、延伸率、维氏硬度均达到最大值,分别为291MPa、25.8%、60.43HV。与金属型铸造的ZW21合金相比,分别提高了38.6%,45.3%,14.5%。由此可以看出,对于ZW21合金来说,触变成形是一种合适的工艺,经过触变成形后,力学性能得到显著的提高。
【作者】郭辉；
【导师】陈体军；
【作者基本信息】兰州理工大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】ZW21镁合金；触变成形；工艺参数；组织；力学性能；

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