脉冲电流对ZK60镁合金组织影响及力学性能研究

发布时间：2017-07-29 05:14

  本文关键词：脉冲电流对ZK60镁合金组织影响及力学性能研究

  更多相关文章： ZK60镁合金 电脉冲处理 细化晶粒 再结晶形核

【摘要】：由于具有较低密度，较高的比刚度、比强度，镁合金材料被广泛应用于工业领域，优化镁合金组织与性能也成了当前的研究热点。晶粒细化不仅可以使镁合金材料的硬度、强度提高，同时还可以提高材料的塑性、韧性，从而使材料获得较优良综合力学性能。 本论文通过对ZK60镁合金板材进行轧制变形处理、脉冲电流处理，使材料获得了平均晶粒尺寸为2μm再结晶组织，同时综合力学性能得到了显著提高。 首先对均匀化处理后的ZK60合金材料在150℃下进行多道次轧制变形处理，使材料内部累积较高位错密度以及高应变量；然后，对轧制变形ZK60合金进行电脉冲处理，通过调整电脉冲工艺参数，获得了不同的静态再结晶组织；最后对再结晶组织进行显微组织分析与力学性能表征。 结果表明，轧制变形ZK60合金板材由脉冲电流引发的静态再结晶相较于传统退火再结晶更易发生，，并且获得的再结晶晶粒更加均匀细小。当在22μs-10min-100Hz的电脉冲工艺参数处理下，ZK60合金的晶粒尺寸由原始的100μm细化至2μm，抗拉强度由原始的210Mpa提高至320Mpa，伸长率由原始的14.6%提高近一倍至30%。通过电脉冲处理实验中试样温度实测以及利用傅里叶导热模型的温度场分析表明，由脉冲电流引入的焦耳热不足以使变形材料发生静态再结晶。此外，脉冲电流作用于金属时，会对金属材料产生一个与其本身电阻率相关的吉布斯自由能。金属材料的再结晶过程即由变形态转变为再结晶态，由于ZK60合金轧制变形态的电阻率高于再结晶态，因此，两种状态下吉布斯自由能的差值便可为材料的再结晶过程提供额外驱动力。本文中ZK60合金累积变形量较大，因此在电脉冲处理过程中，合金的再结晶机制主要是亚晶合并，脉冲电流加速了位错等晶体缺陷的迁移速率，加速了无应变晶粒的再结晶形核。
【关键词】：ZK60镁合金 电脉冲处理 细化晶粒 再结晶形核
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.22
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-29
• 1.1 镁及镁合金概述9-12
• 1.1.1 引言9-10
• 1.1.2 镁合金的应用10-11
• 1.1.3 镁合金材料的强化11-12
• 1.2 镁合金的晶粒细化12-20
• 1.2.1 镁合金晶粒细化概述12
• 1.2.2 合金熔体阶段的细化12-14
• 1.2.3 剧烈塑性变形细化14-17
• 1.2.4 电磁脉冲细化17-19
• 1.2.5 再结晶细化19-20
• 1.3 镁合金的再结晶20-26
• 1.3.1 镁合金再结晶过程20-23
• 1.3.2 再结晶过程中的组织演化23-26
• 1.4 研究的目的与意义26-29
• 1.4.1 研究目的26
• 1.4.2 研究意义26
• 1.4.3 研究内容26-29
• 第二章 实验方法29-37
• 2.1 引言29
• 2.2 实验方案29
• 2.3 实验材料29-31
• 2.4 实验方法与设备31-33
• 2.4.1 ZK60 铸板均匀化热处理31
• 2.4.2 ZK60 多道次轧制变形31-32
• 2.4.3 ZK60 脉冲电流处理32-33
• 2.5 表征方法与设备33-37
• 2.5.1 试样的取样区域33
• 2.5.2 显微组织分析33-35
• 2.5.3 力学性能分析35-37
• 第三章 脉冲电流对 ZK60 镁合金的晶粒细化与力学性能影响37-55
• 3.1 ZK60 合金在轧制变形过程中温度的确定37-38
• 3.2 轧制态 ZK60 合金脉冲处理与退火处理细化效果对比38
• 3.3 不同脉冲宽度对轧制变形 ZK60 镁合金的影响38-45
• 3.3.1 显微组织分析39-44
• 3.3.2 力学性能分析44-45
• 3.4 不同脉冲时间对轧制变形 ZK60 镁合金的影响45-51
• 3.4.1 显微组织分析46-49
• 3.4.2 力学性能分析49-51
• 3.5 不同脉冲频率对轧制变形 ZK60 镁合金的影响51-53
• 3.6 本章小结53-55
• 第四章 脉冲电流对 ZK60 镁合金组织细化机理分析55-65
• 4.1 脉冲电流处理过程中的焦耳热对轧制变形 ZK60 镁合金的影响55-60
• 4.2 脉冲电流处理过程中额外自由能对轧制变形 ZK60 镁合金的影响60-62
• 4.3 脉冲电流对轧制变形 ZK60 镁合金再结晶过程的其他影响62-63
• 4.4 本章小结63-65
• 第五章 结论与展望65-67
• 5.1 结论65-66
• 5.2 展望66-67
• 参考文献67-75
• 致谢75-77
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文77

【参考文献】

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本文编号：587597