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AZ80镁合金等通道转角挤压工艺

  节约能源,各国对新材料的需求更加迫切,尤其是轻合金材料,如镁及镁合金材料。镁合金具有密度小、比强度高等优点,是目前工业应用中最轻的工程材料。但由于其晶体结构为密排六方结构,在室温或较低温下塑性较差,容易发生断裂,可加工性较低,因此限制了镁合金在工业领域的大规模应用。
 
  为提高材料的塑性,等通道转角挤压工艺已得到国内外材料加工研究者的广泛关注。该工艺能显著细化材料的晶粒尺寸,能够得到超细晶甚至纳米晶,可以在提高材料强度的同时改善材料的塑性。同时,该工艺可在不同的挤压路径下,得到不同类型的织构,对材料性能影响比较明显,尤其是对各向异性显著的镁及镁合金的性能影响较大。现有研究通过对AZ80镁合金进行不同温度的等通道转角挤压工艺,分析温度和挤压道次对合金组织性能的影响;并且根据变形机制对材料力学性能的影响,为实际应用的工程材料提供可靠的理论支持。
 
  具体研究使用铸态镁合金AZ80,属于常用的工业镁铝合金材料。为初步细化晶粒,首先将铸态AZ80合金在一定温度下固溶两天;然后,在同一温度下对镁合金反复锻压,总压下量约为50%。使用线切割将试样分别加工成方块体和圆棒。使用两种ECAP模具,即无背压的方形模具和可施加背压的圆形模具。方形模具外转角,可施和加背压模具外转角,在液压机上进行挤压。对方形材料挤压,首先将试样放在加热炉内保温一小时左右,同时将模具加热后进行挤压,使用Bc路径,每道次间,将试样放入同样温度的炉内退火一小时。在不施加背压的条件下,分别挤压不同道次。当不施加背压时,实验尝试尽可能地降低挤压温度,但当温度下降时,试样开始出现裂纹,并且随着温度的降低而逐渐加重。在200摄氏度下挤压时,可以看出裂纹呈典型的阶梯状,即各断裂面沿剪切面方向平行并呈周期性排列。因此,在温度200摄氏度挤压时,为防止裂纹的形成,在通道出口端施加100MPa的背压,从而成功地抑制了裂纹的产生。在温度200摄氏度以下,使用Bc路径,分别挤压1、2、4道次,道次之间未进行退火处理。挤压后分别使用透射电镜、金相观察和硬度测试分析,测试样品均取自挤压后的试样中间的横断面进行观察分析
 
  在较高温度下挤压,随着挤压道次的增加,晶粒尺寸出现先减小,后长大的现象。其原因是多道次挤压降低了动态再结晶温度,促使晶粒出现长大。相对应的硬度也表现出先增加后降低的趋势,除受晶粒尺寸影响外,还受到织构的影响。
 
  在温度200摄氏度下挤压,由于挤压温度较低,随着挤压道次的增加,材料形成大量的孪晶,并累积大量的位错,从而较大提高了材料硬度。当挤压4道次后,晶粒细化到亚微米级别,第二相析出物也细化为100nm左右的颗粒,并均匀地分布在材料内,阻碍位错运动,有利于提高材料硬度。
 
  采用ECAP工艺,对镁合金AZ80不同温度下变形机制研究结果证明,AZ80在工程材料中也能得到广泛应用。比如,为了提高材料强度,可以在较低温度下对材料进行适当的塑性变形加工,使材料内累积一定量的位错和孪晶量,可在不损失塑性变形能力的情况下,有效提高材料强度。

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