具有细晶/混晶交替分布组织特征的AZ31镁合金轧板拉伸变形行为仿真

通过中等应变速率轧制获取细晶区和混晶区交替分布的AZ31镁合金轧制板材,构建不同组织特征的黏塑性自洽(VPSC)模型,预测板材在室温拉伸下的变形机制、织构演变和力学响应,研究细晶区与混晶区对塑性变形的贡献。结果表明:经410℃、平均应变速率1.9 s^(-1)、4.8 s^(-1)和7.8 s^(-1)制备的轧制板材中细晶区与混晶区呈现板织构特征,细晶区织构组分相较于混晶区更接近ND方向;随着轧制平均应变速率的增加,板材的细晶区与混晶区的织构组分差异逐渐减小。在室温拉伸塑性变形初期阶段,轧制板材的主要变形机制是基面滑移,次要变形机制是棱柱面滑移和锥面滑移,而拉伸孪生几乎不开启。压缩孪生启动时,部分晶粒向TD方向偏转56°,形成TD方向的织构组分。棱柱面滑移活性的降低,有利于增强锥面滑移的分离效应,促使ND方向织构极密度降低和双峰织构形成。轧制板材在拉伸过程中,由于细晶区的织构组分相较于混晶区更接近ND方向,使得在拉伸过程中细晶区相较于混晶区的基面滑移开启较少,非基面滑移开启较多,促使拉伸变形的过程中细晶区起强化作用,混晶区起弱化作用。织构组分差异逐渐减小,使得细晶区与混晶区的变形机制活性趋于一致,促使其在拉伸过程中对抗拉强度贡献也逐渐趋于一致。

中高应变速率轧制AZ31镁合金板的抗拉强度预测

本文采集了不同轧制温度、应变速率以及压下量等三个工艺参数下中高应变速率轧制的AZ31镁合金抗拉强度的27组样本,通过惯性权重、学习因子的改进和引入变异操作对PSO-BP神经网络进行改进,并与BP、PSO-BP神经网络对比,进行抗拉强度的预测。结果表明:BP神经网络不能预测AZ31镁合金抗拉强度的非线性变化,PSO-BP神经网络和改进的PSO-BP(IPSO-BP)神经网络均能较好地预测AZ31镁合金抗拉强度的非线性变化;这三个模型中IPSO-BP神经网络预测最为准确,相较于PSO-BP神经网络,其平均绝对误差从15.3764降低至3.4288,平均相对误差从5.94%降低至1.32%,均方误差从251.3662降低至20.7199,相关系数从0.7753提高至0.8937;通过Pearson相关性计算判断出应变速率、压下量对抗拉强度的影响均大于轧制温度,而应变速率与抗拉强度呈负相关关系,压下量与抗拉强度呈正相关关系。

基于Deform 3D的AZ31镁合金不对称挤压变形工艺模拟

通过Deform 3D软件模拟了AZ31镁合金不对称挤压变形工艺过程。结果表明,设置不同水平长度流动距离促使材料不对称地流入挤压通道,进而形成不对称剪切变形,出现应变及应力集中分布的不对称性,促使材料晶粒沿着剪切面偏转,获得细晶、弱织构的高性能镁合金坯料。

浇铸温度对AZ31镁合金铸轧凝固焊合线的影响

基于φ880 mm×400 mm水平双辊铸轧机的实际工况,通过有限元模拟分析了浇铸温度对铸轧区AZ31镁合金凝固焊合线的影响规律。结果表明,浇铸温度对凝固焊合线位置影响较为明显,但对其形状影响较小。随着浇铸温度提升,凝固焊合线逐渐向出口靠近,边部Kiss点(K')和Kiss线上的凸点(K')连线与过K'点平行于铸轧方向的直线的夹角α先减小后增大。当浇铸温度为965 K时,铸轧过程中极易出现漏液,合适的浇铸温度范围为915~959 K。对比不同浇铸温度下的仿真结果,浇铸温度为945 K时,∠α最小,有利于缓解镁合金铸轧板带边裂。

预制孪晶对AZ31镁合金绝热剪切敏感性的影响

为了分析不同孪晶体积分数对材料绝热剪切敏感性的影响,预制具有不同孪晶体积分数的AZ31镁合金。采用分离式霍普金森压杆在200℃、944 s^(-1)条件下对AZ31镁合金帽状试样进行高速冲击试验,采用电子背散射衍射仪和光学显微镜对试样在高应变速率变形前后的微观组织进行观察,计算了试样发生绝热剪切时的吸收能量,比较了绝热剪切带内外的显微硬度。结果表明:不同孪晶体积分数试样内均产生了绝热剪切带,随着孪晶体积分数的增加,绝热剪切带宽度和吸收能量减小,而绝热剪切敏感性增大。

AZ31镁合金和7050铝合金ECAP过程的数值模拟研究

利用Abaqus有限元软件分别对AZ31镁合金和7050铝合金进行等通道转角挤压(ECAP)数值模拟研究。利用有限元(FE)模拟得到应力场、应变场及载荷-位移曲线,分析了在不同挤压温度、挤压速度、摩擦条件和不同截面下等通道转角挤压的变形规律。结果表明,挤压温度升高可以降低挤压载荷,这有利于AZ31镁合金挤压,在摩擦较小情况下进行变形有利于降低挤压载荷,提高变形均匀性;在不考虑变形过程中温升效应的情况下,挤压速度对挤压载荷影响较小,当挤压速度提高时,最大等效应变值有所提高;圆形截面比方形截面更适合进行等通道转角挤压。

基于机器学习的AZ31镁合金轧制板材腐蚀电位预测研究

目的为了实现对AZ31镁合金轧制板材耐腐蚀性能的调控。方法以AZ31镁合金轧制板材的下压量、轧制温度和应变速率3个轧制工艺参数作为输入变量,腐蚀电位作为输出变量,采用支持向量机(SVM)、随机森林(RF)、K近邻(KNN)和反向传播神经网络(BP)4种机器学习模型对AZ31镁合金轧制板材的腐蚀性能进行预测。结果计算得出,支持向量机(SVM)、随机森林(RF)、K近邻(KNN)和反向传播神经网络(BP)4种机器学习模型的平均绝对误差(MAE)分别为0.01365、0.01259、0.01072和0.01538;均方误差(MSE)分别为0.000247、0.000182、0.000169和0.000354;决定系数(R^(2))分别为0.61、0.71、0.74和0.44;下压量、轧制温度和应变速率与腐蚀电位的Pearson相关系数分别为0.755、0.262和0.015。结论对比上述4种机器学习模型,K近邻(KNN)模型对AZ31镁合金轧制板材腐蚀电位的预测效果更好;由Pearson相关系数热力图可知,下压量与腐蚀电位呈正相关,这是由于随下压量的增加,晶粒逐渐细化,镁合金的耐腐蚀性能随之增加;轧制温度与腐蚀电位呈正相关,归因于随轧制温度的增加,孪晶数量逐渐减少,孪晶与镁基体形成的微电偶效应减弱,提高了腐蚀性能。

不同模具角度下反复弯曲-压平变形工艺对AZ31镁合金板材显微组织演变和变形行为的影响

采用不同角度模具的反复弯曲-压平变形工艺制备AZ31镁合金板材。通过FEM、OM、EBSD和硬度计研究AZ31镁合金在反复弯曲-压平变形过程中的显微组织演变和变形行为。结果表明,150°/150°模具在所有三组实验中都表现出最佳性能。随着道次的增加,合金的等效应变由于剪切和弯曲作用而显著提高。经过4道次后,合金的平均晶粒尺寸显著细化至1.7μm,基面织构被弱化,这是非基面滑移、动态再结晶和孪生引起的;尤其是锥面滑移有利于引发动态再结晶和孪生。合金的硬度值达到HV 77,这是滑移、孪生和动态再结晶竞争产生的显微组织和织构综合作用的结果。

基于二次通用旋转组合设计的冷金属过渡电弧增材制造AZ31镁合金焊道截面尺寸研究

基于冷金属过渡的电弧增材制造技术制备了AZ31镁合金单道试样,测试了单道试样的焊道宽度和焊道高度。根据二次通用旋转组合试验设计与二次多项式逐步回归分析,建立了高度显著的焊道宽度和焊道高度与摆动宽度、焊接速度、送丝速度和基板温度等工艺参数间的关系式。结果表明,工艺参数对焊道宽度的影响主次顺序依次为摆动宽度、送丝速度、基板温度、焊接速度,对焊道高度的影响主次顺序依次为焊接速度、摆动宽度、基板温度、送丝速度。随摆动宽度的增大,焊道宽度逐渐增大,焊道高度逐渐减小;随焊接速度的提高,焊道宽度和焊道高度均逐渐减小;随送丝速度的提高,焊道宽度和焊道高度也随之同步增大;随基板温度升高,焊道宽度增大,焊道高度降低。

搅拌摩擦加工对AZ31镁合金腐蚀行为的影响

为了探究搅拌摩擦加工对AZ31镁合金腐蚀性能的影响,采用体视镜、光学显微镜、接触角测量仪、电化学工作站等设备研究了AZ31母材与不同工艺参数下FSP-AZ31在3.5 wt.%NaCl溶液中的腐蚀行为。结果表明:在转速800~1200 r/min、加工速度80~120 mm/min范围内,FSP-AZ31与母材腐蚀机制均为点蚀。与母材相比,FSP-AZ31点蚀程度较轻,自腐蚀电流密度减小,阻抗增大,FSP均能够提高AZ31镁合金的耐腐蚀性能。当加工速度为100 mm/min时,随着旋转速度增大,FSP-AZ31自腐蚀电流密度不断减小,耐腐蚀性能不断提升。试样在旋转速度为1200 r/min时自腐蚀电流密度达到最小值9.2×10^(-5)A·cm^(-2)。当旋转速度为1000 r/min时,随着加工速度减小,FSP-AZ31自腐蚀电流密度不断减小,耐腐蚀性能不断提升。在加工速度为80 mm/min时试样的自腐蚀电流密度达到最小,其值为7.6×10^(-5)A·cm^(-2)。相比AZ31镁合金,1000 r/min和80 mm/min条件下FSP-AZ31的接触角由29.703°上升至58.448°。

拉伸孪晶对AZ31镁合金薄板可轧性和组织性能的影响

通过弯曲限宽矫直工艺在AZ31镁合金薄板中预置了拉伸孪晶,随后对原始板材和预置孪晶板材进行轧制,对比分析了初始组织对板材在轧制过程中的塑性变形协调能力的影响,探索了不同轧制压下量对两种板材的组织和力学性能的影响。结果表明:弯曲限宽矫直后板材的强度和塑性都得到了提升,轧制后的原始板材剪切变形带较少。在后续的拉伸试验中,在相同压下量下塑性变形能力也明显提升。

AZ31镁合金基Cu-MOF-SA超疏水膜的制备及其耐腐蚀性能研究

腐蚀是影响镁及其合金大规模应用的关键技术难题之一,因可有效隔离金属基底与腐蚀介质的直接接触,从而降低腐蚀速率,制备超疏水表面成为提高镁合金耐蚀性的有效途径。通过一步电沉积方法,在AZ31镁合金基底上成功制备了铜-金属有机骨架-硬脂酸(Cu-MOF-SA)超疏水膜,并对超疏水膜的耐腐蚀性、化学稳定性和耐热性进行了综合研究。结果表明,表面的水接触角可达158°,超疏水膜覆盖的试样在3.5%NaCl溶液中表现出良好的耐腐蚀性能,相比AZ31镁合金基底,其腐蚀电位正移了0.24 V,腐蚀电流密度降低了1个数量级。在pH值为1~14的溶液中浸润24 h后,超疏水膜的水接触角仍可达135°以上,浸泡在pH=1的溶液24 h的超疏水膜的腐蚀电位比AZ31镁合金基底高0.21 V。在20~90℃空气中保温24 h后,超疏水膜的水接触角仍保持在154°以上,80℃下保温24 h后其腐蚀电位比AZ31镁合金基底的高0.22 V,腐蚀电流密度比AZ31镁合金基底的小1个数量级。结果表明,本研究制备的Cu-MOF-SA疏水膜具有良好的超疏水性和耐腐蚀性。

AZ31镁合金薄板热油恒温成形数值模拟与实验研究

利用有限元模拟和成形实验相结合的方式,研究AZ31镁合金的成形性能,基于Dynaform模拟软件和热油恒温成形设备,探究出一种适合镁合金的热成形工艺,并对成形件显微组织进行分析.研究表明,通过调整薄板尺寸、模具R角、压边力及摩擦系数等工艺参数,以降低成形件的底部减薄率,减少破裂倾向,提高镁合金的成形性能;成形温度为200℃,模具R角为16 mm,薄板直径为80 mm,并调整合适压边力和摩擦系数,可获得最佳的工艺窗口;靠近成形件底部,晶粒及第二相尺寸逐渐减小并趋于均匀化.

磁控溅射镀铝AZ31镁合金等离子体电解氧化揭示的放电通道结构及其腐蚀行为

在硅酸盐-六偏磷酸盐电解液中对覆盖薄磁控溅射铝层的AZ31镁合金进行等离子体电解氧化(PEO),以研究PEO机理并提高合金的耐腐蚀性。使用SEM和EDS检测涂层形貌并追踪涂层中Mg和Al元素的分布。新的涂层主要在靠近涂层/金属基体界面的放电通道下部形成。在放电通道上部先前形成的氧化物大部分以固态形式保留在原先的位置,只有少部分熔融氧化物通过涂层的微孔流出,到达表层。阴离子可以通过涂层充满电解液的孔传输,自由地进入涂层的最深部位。在3.5%NaCl (质量分数)中进行开路电位、极化曲线和EIS测试。结果表明,致密的磁控溅射Al层可以显着提高AZ31镁合金的耐腐蚀性,其耐腐蚀性甚至优于PEO处理后的样品。

AZ31镁合金表面磁控溅射铁基复合涂层的耐蚀性和生物相容性

采用射频磁控溅射方法在AZ31镁合金表面制备铁基复合涂层。借助XRD、XPS及SEM对涂层的物相、元素组成和微观形貌进行表征,采用模拟体液浸泡和电化学测试手段检测涂层的耐蚀性。结果显示,相较于AZ31基体,复合涂层AZ31的腐蚀电位提升了约170 mV,腐蚀电流密度则降低了2个数量级。将样品在RPMI1640培养基中的浸提液与人脐静脉内皮细胞(HUVEC)进行共培养,通过CCK-8实验评价其细胞毒性,发现复合涂层AZ31的毒性最小,内皮细胞具有较高的增殖率,铁基复合涂层AZ31镁合金具有良好的耐蚀性和生物相容性。

ECAP对预置孪晶AZ31镁合金组织和力学性能的影响

为了探究剪切变形对预置孪晶AZ31镁合金组织和力学性能的影响,对应变量为5%的预置孪晶试样在250℃进行了不同道次的等通道转角挤压(ECAP),随后对不同状态试样进行了显微组织观察和室温单轴拉伸测试。结果表明:预置孪晶试样经过ECAP变形后,试样组织与商用挤压态合金相比明显细化,延展性获得较大提高;且随着挤压道次的增加,合金晶粒更加细小均匀,延展性改善更加显著。其中,挤压四道次合金的室温断后伸长率较挤压态棒材提高了约163%,表明预置孪晶后引入剪切变形能有效提高镁合金棒材的室温塑性。

预扭转对挤压AZ31镁合金超高周疲劳性能的影响

目的研究各向异性和预扭转处理对挤压AZ31镁合金组织演变和超高周疲劳性能的影响规律,探索不同角度预扭转处理下AZ31镁合金的超高周疲劳断裂机制。方法设计狗骨形和三喉部试件,沿挤压方向(ED)和径向方向(RD)对狗骨形试件进行超声疲劳实验,对两方向三喉部试样的主喉部进行预扭转,并对预扭转后的三喉部试件进行超声疲劳实验,采用金相显微镜和扫描电镜(SEM)对疲劳实验后的试件进行显微组织观察,通过分析不同状态下的疲劳断口形貌,探索合金的超高周疲劳机制。结果狗骨形试件沿ED和RD方向单轴超声疲劳的S-N曲线为连续下降的直线,两直线接近平行,其疲劳寿命减小的趋势一致。当试件加载相同应力幅值时,ED-AF试件疲劳寿命高于RD-AF试件。与初始样相比,预扭转后沿ED方向试样的疲劳寿命大于3.6256×10^(5)周次,疲劳寿命提高2倍以上;沿RD方向试样疲劳寿命大于5.1285×10^(5)周次,疲劳寿命提高10倍以上。结论ED-AF试件初始疲劳变形机制为位错滑移-孪生,随着循环周次累积后转为孪生-退孪生循环;RD-AF试件疲劳变形机制为孪生-退孪生循环。挤压形成的流线型微观结构降低了疲劳裂纹扩展的速率,增加了裂纹的阈值水平,造成两方向的S-N曲线不同。预扭转变形引入的{1012}拉伸孪晶改变了超高周疲劳加载过程中的疲劳机制,延长了退孪生过程,抑制了试样沿c轴方向拉伸时的位错滑移;使ED和RD方向上的疲劳性能均得到改善。

AZ31镁合金板室温弯曲压直过程中的组织及力学性能

研究AZ31镁合金板在室温弯曲压直过程中组织演变及其对力学性能的影响。结果表明:室温弯曲压直工艺预制拉伸孪晶不仅有助于镁合金的塑性变形,对材料的强度的提升也有积极的影响。室温弯曲压直后板材产生拉伸孪晶切割晶粒,导致晶粒细化和位错在晶界及孪晶密集处能量聚集造成位错强化,使镁合金板抗拉强度提升。同时,预制拉伸孪晶弱化基面织构可激活更多种类的滑移系统,导致室温弯曲矫直后的板材断后伸长率增加。

非对称交叉轧制对AZ31镁合金微观组织的影响

采用金相显微镜、背散射电子衍射仪(EBSD)研究了对称交叉轧制和非对称交叉轧制对AZ31镁合金微观组织的影响。结果表明:非对称交叉轧制在晶粒细化方面明显优于对称交叉轧制。经4道次非对称交叉轧制退火后,AZ31镁合金平均晶粒尺寸为10μm,而经4道次对称交叉轧制后AZ31镁合金平均晶粒尺寸为20μm。与对称交叉轧制AZ31板材相比,非对称交叉轧制AZ31板材(0002)基面织构强度较低,且极轴偏离ND方向20°左右。

AZ31镁合金疲劳变形过程中{10-12}-{10-12}二次孪晶诱发疲劳断裂的裂纹扩展机制的研究

目的为了对镁合金裂纹萌生及材料的宏观失效进行更深入的分析,对二次孪晶诱发疲劳断裂的裂纹扩展机制进行研究。方法以AZ31镁合金为实验对象,采用室温条件下沿板材轴向方向(Normaldirection,ND),1%应变幅值的全反向拉-压循环加载,通过电子背散射衍射(ElectronBackscatterDiffraction,EBSD)和扫描电镜(ScanningElectronMicroscope,SEM)等技术手段,对疲劳断口显微组织及形貌特征进行分析。结果发现在沿ND方向1%循环加载条件下材料内部发生{10-12}-{10-12}二次孪晶,并且通过疲劳断口的金相显微图发现,裂纹附近存在大量孪晶片层,并且对这些孪晶片层通过扫描电镜放大研究,从观察的结果来看,断口裂纹处附近有微小裂纹产生,也就是{10-12}-{10-12}孪晶所形成的二次微裂纹,表现为在{10-12}一次孪晶界面内部的{10-12}-{10-12}二次孪晶界面所形成的台阶状裂纹。结论{10-12}-{10-12}二次孪晶在{10-12}一次孪晶交互处产生,微裂纹起始于{10-12}一次孪晶边界与{10-12}-{10-12}二次孪晶边界的交界处,分别沿一次{10-12}孪晶界和{10-12}-{10-12}二次孪晶界进行扩展,随着循环次数的增加,{10-12}-{10-12}二次孪晶界面的微裂纹会与一次孪晶界面的裂纹相互融合,并扩展到相邻晶粒内部,形成引发疲劳失效的长程裂纹,最终导致材料内部裂纹不断扩大,进而使材料发生断裂。