Mg-Sn-Y/Al轧制复合工艺及组织性能研究

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镁铝复合板既具备了镁合金密度小、质量轻、减震性能好、比强度高的特性,又兼有铝合金耐腐蚀、成本低、塑性强等优点,越来越受到汽车、航空航天、电子装备等行业领域的青睐。由于传统镁合金(AZ系列和ZK系列合金)高温抗蠕变性能较差,在室温下塑性较低,传统方法轧制的镁铝复合板存在板材残余应力大、组元金属变形协调不一致等问题。而Mg-Sn基合金具有较好的高温强度和抗蠕变性能,Y元素的加入可以改善镁合金的拉压不对称性,将Mg-Sn-Y系列合金作为基层材料是一种较好选择。因此本文选取实际成分为Mg-0.5Sn-0.45Y的镁合金为基板、Al6061为覆板,采用差温异步轧制工艺、在40%-60%的压下率下成功制备镁铝复合板,并与相同压下率范围内、采用等温同步轧制制备的镁铝复合板进行对比。研究相同压下率范围内两种工艺下轧制的镁铝复合板的微观组织、力学性能和残余应力演变。并选取轧后力学性能较优的镁铝复合板进行退火,研究不同退火条件下镁铝复合板微观组织及力学性能演变。研究结果表明:(1)等温同步轧制和差温异步轧制均使得复合板中镁层晶粒细化,织构强度降低,施密特因子下降。与等温同步轧制相比,由于差温异步轧制中的摩擦剪切作用使得此工艺下板材中镁层在轧制过程中持续吸收位错,小角度晶界比例和局部位错密度下降,晶粒细化程度升高。但其施密特因子较小,织构强度较高。(2)等温同步轧制和差温异步轧制均使得镁铝复合板结合强度随压下率的增大而增大。由于镁层更高的晶粒细化程度以及复合区域剪切力的作用使得差温异步轧制的镁铝复合板与等温同步轧制相比拥有更高的结合强度。此外,该两种工艺下镁铝复合板的抗拉强度与屈服强度均随着压下率的增大而增大,而断裂延伸率却呈现出相反趋势。相同压下率时,由于差温异步轧制下复合板的结合强度与硬度更高,镁层晶粒尺寸更小,使得此工艺下的复合板拥有较高的抗拉强度与屈服强度,但其断裂延伸率较低。(3)等温同步轧制和差温异步轧制两种工艺下得到的镁铝复合板,随着压下率的逐渐增大,其沿轧制方向的残余应力大小变化均呈先增大后减小的趋势。与等温同步轧制相比,在差温异步轧制得到的镁铝复合板的残余应力更低。(4)镁铝复合板的抗拉强度与屈服强度随着退火温度的升高或退火时间的延长而下降,而退火后的塑性有所改善。在300℃-2h的退火条件下,复合板的断裂延伸率达到最优,在此退火条件下经过退火处理后促进了复合板中镁层基面滑移系的开启,施密特因子升高,对提升整体板材的塑性起到了积极作用,镁层织构强度较退火前有所升高,对应的晶界取向差也呈非连续分布。同时,界面扩散层厚度随退火温度的升高和退火时间的延长而增大。在200℃下退火1h-2h有助于提升复合板的结合强度,这主要与界面处形成的强韧固溶扩散层有关。
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