Mg-xSn-2Al-1Zn-5Li(x=3、4)镁合金变形行为、组织演变及力学性能的研究

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镁是一种具有特殊品质的金属,同时具有良好的比强度、低密度、生物相容性以及有利于成骨和较少的细胞毒性等众多优点。这些性能有利于镁及其合金在汽车、生物医学领域以及各种结构件应用中。近年来,在倡导低碳环保的大环境下,各种结构材料普遍有向轻质部件转变的趋势,这为镁及其合金提供了广阔的空间来探索不同的工程领域,尤其是汽车轻量化。然而,尽管人们对镁及其合金的需求有所增加,但镁合金塑性变形性能低等问题导致镁合金的发展并没有如预期的那样迅速。因此,对不同加工工艺进行研究,开发机械性能优良的变形镁合金仍十分有必要。本文采用正挤压(Direct Extrusion,DE)以及复合挤压(Direct-Parallel Channel Extrusion,DPE)工艺在250℃温度下对Mg-3Sn-2Al-1Zn-5Li和Mg-4Sn-2Al-1Zn-5Li合金进行挤压。通过微观组织表征和力学性能测试,掌握材料变形规律,分析合金在挤压变形过程中显微组织演变对其力学性能的影响并分析其组织演变规律,并取得如下研究结果:(1)经400℃,24小时的匀质处理后,Mg-3Sn-2Al-1Zn-5Li和Mg-4Sn-2Al-1Zn-5Li合金中存在三种物相,分别为α-Mg、Mg2Sn以及Li2Mg Sn;匀质处理后合金的晶粒尺寸较大,Mg-3Sn-2Al-1Zn-5Li合金的平均晶粒尺寸为102μm,Mg-4Sn-2Al-1Zn-5Li合金为110μm。Mg-3Sn-2Al-1Zn-5Li合金的屈服强度、抗拉强度以及伸长率分别为110 MPa、187 MPa以及8.97%,而Mg-4Sn-2Al-1Zn-5Li合金分别为111 MPa、193MPa以及10.4%。匀质态Mg-4Sn-2Al-1Zn-5Li合金表现出更优的综合力学性能。(2)经DE1正挤压工艺后,两种合金均发生了动态再结晶(DRX),且晶粒细化效果显著。从宏观织构的测试结果来看,DE1工艺后Mg-3Sn-2Al-1Zn-5Li和Mg-4Sn-2Al-1Zn-5Li合金均表现出较强的基面织构。DE1工艺后Mg-3Sn-2Al-1Zn-5Li合金的屈服强度、抗拉强度以及伸长率与匀质态试样相比分别提高了63.6%、41.7%以及47.5%;而Mg-4Sn-2Al-1Zn-5Li合金的屈服强度、抗拉强度和伸长率与匀质态试样相比分别提高了54.1%、32.1%和16.2%。DE1正挤压工艺细化了晶粒并提升了合金的力学性能,DE1工艺后Mg-3Sn-2Al-1Zn-5Li合金综合力学性能较优。(3)DE2正挤压工艺由于挤压比较高,晶粒细化效果更加显著,且DRX的程度也随之增加。DE2工艺后Mg-3Sn-2Al-1Zn-5Li合金的基面织构得到了明显的削弱,但Mg-4Sn-2Al-1Zn-5Li合金仍具有较强的基面织构。DE2工艺后Mg-3Sn-2Al-1Zn-5Li合金的屈服强度、抗拉强度以及伸长率与匀质态试样相比分别提高了55.5%、39.6%以及58.0%;Mg-4Sn-2Al-1Zn-5Li合金的屈服强度、抗拉强度和伸长率与匀质态试样相比分别提升了64.0%、35.2%和12.2%。DE2工艺后Mg-3Sn-2Al-1Zn-5Li合金由于基面织构较弱且DRX程度较高,综合力学性能更优。(4)DPE1复合挤压工艺后,在正挤压加90°等径角挤压的作用下,合金的晶粒尺寸更细且两种合金均发生了二次DRX。Mg-4Sn-2Al-1Zn-5Li合金由于DRX程度较高,基面织构得到明显削弱。DPE1工艺后Mg-3Sn-2Al-1Zn-5Li合金的屈服强度、抗拉强度以及伸长率与匀质态试样相比分别提升了59.1%、36.4%以及67.2%;Mg-4Sn-2Al-1Zn-5Li合金的屈服强度、抗拉强度和伸长率与匀质态试样相比分别提升了54.1%、34.7%和53.5%。DPE1工艺后Mg-4Sn-2Al-1Zn-5Li合金由于DRX程度较高,基面织构较弱,综合力学性能更优。(5)DPE2复合挤压工艺后,在正挤压加105°等径角挤压的作用下,Mg-3Sn-2Al-1Zn-5Li合金的基面织构得到明显削弱。DPE2工艺后Mg-3Sn-2Al-1Zn-5Li合金的屈服强度、抗拉强度以及伸长率与匀质态试样相比分别提升了61.8%、44.4%以及134.4%;Mg-4Sn-2Al-1Zn-5Li合金的屈服强度、抗拉强度和伸长率与匀质态试样相比分别提升了68.5%、42.5%和44.2%。DPE2工艺后Mg-3Sn-2Al-1Zn-5Li合金由于基面织构得到削弱综合力学性能更优,伸长率提高了134.4%。综合来看,所有挤压工艺中DPE2复合挤压工艺最优,经DPE2工艺后Mg-4Sn-2Al-1Zn-5Li合金的抗拉强度和屈服强度得到了显著地提升,Mg-3Sn-2Al-1Zn-5Li合金不仅屈服强度和抗拉强度得到提升,伸长率与匀质态试样相比更是提高了134.4%。
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