【摘 要】
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镁合金因其轻质、高比强度以及优良的电磁屏蔽能力,广泛应用于航空航天、国防军工等对轻量化构件需求强烈的领域。然而,镁合金具有的密排六方晶体结构以及有限的滑移系导致其室温强韧性较差。提高镁合金塑性变形程度,同时辅以合理的热处理工艺,可实现镁合金构件强韧性的协同提升。基于此,本文以AZ80镁合金为研究对象,针对传统通道挤压制造镁合金杯形件面临变形程度不足、组织不均匀以及力学性能偏低的难题,提出可实现剪切
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镁合金因其轻质、高比强度以及优良的电磁屏蔽能力,广泛应用于航空航天、国防军工等对轻量化构件需求强烈的领域。然而,镁合金具有的密排六方晶体结构以及有限的滑移系导致其室温强韧性较差。提高镁合金塑性变形程度,同时辅以合理的热处理工艺,可实现镁合金构件强韧性的协同提升。基于此,本文以AZ80镁合金为研究对象,针对传统通道挤压制造镁合金杯形件面临变形程度不足、组织不均匀以及力学性能偏低的难题,提出可实现剪切变形强化镁合金杯形件的W型通道挤压（WCE）新工艺;针对现行挤压工艺制造镁合金轮辋面临金属径向变形程度低,进而引发轮辐部位强韧性差的难题,提出预变形时效强化基体性能的研究思路。重点研究了热处理工艺对WCE镁合金杯形件组织、织构及性能的影响,对比研究了常规热处理与预变形时效热处理对镁合金轮辋径向组织、织构及性能的影响。通过上述研究,结合WCE与预变形时效工艺,系统阐述了镁合金构件的强韧化机制。形成的主要研究结论如下:1)AZ80杯形件经WCE变形后,平均等效应变达到4.7,晶粒尺寸从120μm（均匀化态）细化至4.7μm,力学性能为UTS=310.86MPa,TYS=200MPa,EL=13.6%;获得的较佳热处理工艺是415℃/60min+175℃/24h,力学性能为UTS=344MPa,TYS=218MPa,EL=14.5%。2)AZ80+0.4%Ce镁合金轮辋经常规热处理后（415℃/1.5h+120℃/18h-175℃/30h）,平均晶粒尺寸为57.89μm,力学性能为UTS=350.50MPa,TYS=196MPa,EL=11.1%;经预变形时效处理后（415℃/1.5h+7%-120℃/9h-175℃/24h）,平均晶粒尺寸为17.21μm,力学性能为UTS=364.0MPa,TYS=295.36MPa,EL=10.0%3)针对WCE制备的杯形件,经热处理后晶粒内部主要析出细针状的连续析出相,同时,基面织构向垂直于挤压的方向发生倾转,基面滑移的施密特因子降低,非基面滑移的施密特因子升高至0.431342,产生滑移。因此,析出相强化和织构强化共同作用提升了镁合金杯形件强韧性。4)针对AZ80+0.4%Ce镁合金轮辋,Ce的加入消耗了部分Al元素,降低了块状Mg17Al12在晶界的占比,起到净化晶界的作用。采用预变形时效工艺,7%预变形给基体引入变形孪晶和位错,提高了弥散连续析出相的体积分数,增加了层片析出相析出间距,促进了连续析出相与层片析出相交互形成;预变形诱发的孪晶为长条状析出相提供了形核位点,增加了长条状析出相体积分数。此外,经预变形处理的基体晶粒尺寸与常规热处理工艺相比,从57.89μm显著细化至17.21μm。因此,析出相强化和细晶强化是实现AZ80--0.4%Ce镁合金轮辋强韧性提升的主要原因。
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