Mg-6Gd-3Y-0.5Zr合金热变形行为研究

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镁合金低温下塑性差,一般采用热加工变形,该合金层错能低,加工过程中容易发生动态再结晶。了解该合金的热变形行为,动态再结晶行为及变形前后织构变化,可为后续得到细晶组织并实现大变形提供参考依据,具有重大意义。本文采用等温热压缩试验方法,研究了Mg-6Gd-3Y-0.5Zr(GW63)合金在变形温度为300-500℃、应变速率为0.001-2s-1、真应变为0-2时的热变形行为。通过对合金本构行为的研究分析了其流变力学行为;采用光学金相显微(OM)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)详细分析了其显微组织;利用X射线衍射(XRD)测试技术得到了压缩前后织构变化,同时采用EBSD技术分析了孪生动态再结晶的微观取向;根据动态再结晶(DRX)开始发生时的临界条件计算了不同变形条件下的临界应力和临界应变,并得到了其动力学方程。具体结论如下:(1)由于合金中的Gd、Y原子半径大,合金中高温耐热富稀土相使得合金整体压缩流变应力水平和表观激活能值都较大。若取不同的变形温度范围求解表观激活能值,其结果相差较大。(2)采用本构方程对合金力学行为进行拟合时发现,指数函数(EI)拟合其力学行为的精度大于幂函数(PI)和双曲正弦函数(SI),即使对SI函数中材料常数α进行一定优化处理得到SIO函数的拟合精度也与EI十分接近。合金中高温耐热相使得合金高温下的流变应力较大是EI拟合优于PI和SI的原因。SIO方法计算得到合金在变形温度为350-500℃、应变速率为0.001-1s-1、真应变为0.6时的表观激活能为252.93 kJ/mol,应力指数n、应力因子α和常数A分别为2.13、0.033和exp(33.89)。随Z参数降低,组织中DRX体积分数增多,DRX晶粒大小(dr)与Z参数关系可用Lndr=6.99-0.16LnZ表征。(3)合金热压缩变形过程中受到孪晶、动态再结晶和多系滑移的综合影响。合金在同一温度下变形,随应变速率减小和变形量增加,动态再结晶发生越充分;在同一应变速度下,随变形温度升高,动态再结晶发生越充分,即表明动态再结晶随Z参数降低变得越容易发生。合金热压缩中的动态再结晶机制主要有孪晶动态再结晶和非连续动态再结晶。组织内易产生拉伸孪晶,此孪晶易诱发动态再结晶,孪晶中的动态再结晶晶粒与孪晶之间取向差大约为30°<0001>。合金在应变速度为2s-1、真应变在0-2之间变形时,在450-500℃变形温度范围内,孪晶参与了大量的变形;在500-550℃温度范围内,孪晶对变形贡献很小(4)合金热压缩变形过程中,当Z参数增加时,即变形温度下降和应变速率增加,基面织构有所增强,柱面织构减弱。(5)随着变形温度升高和应变速率减小,合金发生动态再结晶时的临界应力和临界应变均逐渐下降。合金压缩真应变为0.6时,在应变速率为0.01s-1、当变形温度从400℃升高到500℃时,动态再结晶发生的临界应力分别为98.2MPa,64.7MPa和33.1MPa,对应临界应变分别为0.065,0.053和0.032;在变形温度为450℃,真应变为0.6时,在应变速率为0.001s-1、0.01s-1、0.1s-1和1s-1时,动态再结晶临界应力分别为29.9MPa、67.6MPa、91.OMPa和111.4MPa,对应的临界应变分别为0.035、0.054、0.060和0.071。(6)合金热压缩后的动态再结晶临界应变与Z参数两者的自然对数值成唯一线性关系,可根据此方程在已知Z参数的情况下粗略估计各变形条件下发生动态再结晶时的临界应力和临界应变,方程为Inεc=-6.18+0.1127lnZ。(7)根据实验数据求得合金在变形温度为450℃,变形速率为0.01s-1下,压缩真应变为0.6时的动态再结晶动力学方程为Xd=1-exp[-0.1328·((ε-εc)/εp)1.04853],其中,εc=0.053,εp=0.102。通过此动态再结晶动力学方程计算得到的动态再结晶体积分数和实际的金相统计结果十分相近,此方程可为实际加工过程提供一定的理论依据。
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