热加工AZ80镁合金微观组织与抗弹性能研究

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由于具有密度小、比强度高、比刚度高、阻尼性好、电磁屏蔽特性优越等特点,镁合金是实现军事装备轻量化,提高武器装备各项战术性能的理想结构材料。镁合金在不同的热处理工艺和热变形工艺下组织不同,组织变化会影响其抗弹性能的变化。本文以比较常见的Mg-Al-Zn系中价格较低廉但强度较高的AZ80合金为研究对象,主要研究了AZ80合金在热处理与热变形过程中的组织演变特点,尤其是AZ80合金在热变形、热处理过程中 Mg17Al12相的析出形态及其形成机理;并且选用三种不同热加工状态的AZ80合金作为靶板材料,从材料角度研究了高速冲击过程中材料的破坏机理,为开发AZ80合金在兵器装备中的应用提供理论基础,主要研究内容和结论如下:  1.通过对铸态AZ80进行热处理、热变形等实验研究,发现在不同热加工状态下,AZ80合金中均存在有片层状组织Mg17Al12相,且呈三种形态:一是类珠光体状;二是“爪”形,三是“花蕊”状,它们析出的条件分别是:凝固、温变形和变形后固溶+时效。  2.对AZ80合金铸态、均匀化处理、固溶时效处理后合金的组织特点尤其是析出相的形态、分布并对合金力学性能的影响进行了研究,结果表明AZ80镁合金铸态组织呈现明显的网状结构,发现其网状结构具有继承性,热处理后的AZ80合金仍保留了网状第二相。  3.研究了铸态AZ80合金在热压缩变形后组织及力学性能的变化,并且重点研究了热变形过程中第二相Mg17Al12的析出形态及其形成机理,主要结果表明:  (1)AZ80热压缩变形可以从根本上打破第二相网状结构。  (2)在两相区变形过程中,AZ80合金中的β相主要呈条状分布。在两相区大变形量下变形,晶粒细化同时析出大量细小点状第二相粒子。在临界区变形过程中,也有细小点状第二相粒子析出。发现AZ80合金在单相区温度区间变形后,组织中仍有第二相存在,主要是由于在较高温度下的热变形过程会起到固溶时效作用,导致AZ80合金在较高温变形后的水冷过程中沿晶界析出层片状第二相。  4.研究了经过热变形以后的AZ80合金再经T5、T6工艺热处理后,合金的组织和性能变化情况及第二相的析出形态及形成机理,结果表明:  (1)压缩后经T6处理,AZ80合金组织得到进一步改善,表现在:由于固溶,残余条状第二相数量大大减少;析出的点状第二相数量增多,粒径变小;析出大量细小均匀的层状组织,层片间距比热变形过程中析出的层状组织间距略小。  (2)压缩后经T6处理,合金抗拉强度值达到最高,比铸态合金的抗拉强度提高幅度达100%以上。  5.选用铸态、均匀态、变形后热处理态AZ80镁合金作为靶材进行钢珠高速冲击破坏研究,对回收靶材试样做显微分析,以分析该合金显微组织结构的演变与其抗弹性间的关系。主要结果如下:  (1)在钢珠冲击速度均为560 m/s的条件下,AZ80合金靶材上的弹坑深度大小依次分别为:铸态、均匀化、变形+热处理态;AZ80合金靶材的抗弹性能强弱顺序依次是:变形+热处理态、均匀化、铸态。  (2)弹坑分析表明,基体开裂是降低AZ80合金靶材抗弹能力的主要原因。  (3)AZ80合金靶材上弹坑根部产生了以晶粒剧烈拉长和碎化,具有明显流线特征的,大量的极度不均匀的塑性变形集中的塑性形变带,硬度测量表明,形变带部位硬度升高。  (4)铸态、均匀化AZ80合金中的网状第二相使合金变脆,降低其抗弹性能,在高速弹丸的冲击作用下,产生的形变带范围很窄。而变形+热处理态AZ80合金靶材产生的形变带范围较宽,具有较好的抗弹性能。
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