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。

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。

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。

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。

CrCoNi/AZ31镁基复合材料制备与表征综合实验

采用机械球磨与放电等离子烧结相结合的方法,制备了CrCoNi颗粒质量分数分别为2.5 wt%、5 wt%和10 wt%的CrCoNi/AZ31复合材料试样。采用扫描电子显微镜(SEM)对复合材料进行表征,并对复合材料的纵截面进行X射线衍射仪(XRD)分析。还对CoCrNi/AZ31复合材料进行了力学性能测试,研究了复合材料的硬度,测试了不同温度和应变速率下的屈服极限。该实验涉及粉末冶金、材料表征和力学性能等方面知识,综合性强,有助于培养学生的科研思维及综合运用所学知识的能力。

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.

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。

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。

轧制变形量对Al/AZ31/Al复合板组织和界面结合性能的影响

用两块1060纯铝轧制板夹持固溶态AZ31镁合金板组成“三明治”结构,在400 r·min^(−1)轧辊转速、400℃轧制温度下进行轧制制备Al/AZ31/Al复合板,研究了轧制变形量(30%,45%,60%,80%)对复合板组织及界面结合性能的影响。结果表明:当轧制变形量为30%时,镁合金板与一侧铝板尚未复合,镁合金晶粒粗大,并存在大量孪晶;当轧制变形量为45%时,镁合金板与两侧铝板结合紧密,镁合金发生了动态再结晶,晶粒细化;当轧制变形量为60%和80%时,镁合金晶粒进一步细化,但界面处铝板出现开裂。随着轧制变形量由45%增加到80%,界面结合力降低。当轧制变形量为45%时,拉伸力达到峰值后趋于稳定,复合板各部位界面均结合良好;当轧制变形量为60%时,拉伸力达到峰值后先降低再趋于稳定,各部位界面结合力差异较大;当轧制变形量为80%时,拉伸力呈分阶段上升的趋势,各部位界面结合力的差异更大。复合板获得较优的组织和界面结合性能的轧制变形量为45%。

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。

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。

一种新型Al-2.5GNPs细化剂制备及其对AZ31镁合金的细化作用

镁合金因自身强度低和塑性较差限制了其在工业领域的应用,向镁合金中添加晶粒细化剂的方法能够改善其组织并提高材料的强度和塑性,是提升镁合金性能的最有效方法之一。本文利用球磨工艺结合粉末冶金的方法制备出一种含有GNPs(石墨烯纳米片)的新型镁合金细化剂。采用拉曼光谱分析法探究了不同球磨参数对GNPs的质量影响规律,得出较优球磨工艺参数为:转速300 r/min、球磨时间2 h,可以保证球磨后GNPs的高质量。将其混合粉体进行冷压,并在400℃烧结2 h,得到含有GNPs且组织致密、成型良好的Al-2.5GNPs细化剂。采用OM、SEM、XRD、TEM等表征手段初步分析了细化剂中Al4C3和GNPs对AZ31镁合金中的细化及强化机理。在720℃下加入质量分数为1.5%的Al-2.5GNPs细化剂,可以使AZ31镁合金的晶粒尺寸从228.8μm细化至65.6μm,抗拉强度从112.6 MPa提升至178.2 MPa,伸长率从8.9%提升至16.7%,分别提高了58.3%和87.6%。

游动芯头拉拔孔型参数对AZ31镁合金管材成形性的影响研究

为了探索AZ31镁合金薄壁管游动芯头拉拔成形与传统工艺之间的差异,使用ABAQUS软件对其进行了游动芯头拉拔过程的模拟,并比较研究了模具与芯头锥角配合、定径带长度对拉拔管材成形性的影响。研究结果表明:在拉拔AZ31镁合金管材时,选择合适的模具角度不仅可以降低残余应力,还可以提高尺寸精度;同时,模具定径段长度对管材变形均匀性和残余应力产生较大影响。

变形温度对塑性变形新方法加工的AZ31镁合金显微组织和织构的影响

提出一种新的反复镦挤变形(RUE)方法。采用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、电子背散射衍射(EBSD)和维氏硬度计分析不同变形温度对RUE变形AZ31镁合金显微组织和织构的影响。结果表明:经RUE变形后,AZ31镁合金组织局部细化至0.8μm,细化机制主要为连续动态再结晶(CDRX);随着温度的升高,首先形成平行于剪切面的基面织构,随后形成强度减弱的{11■0}<10■0>织构,最后形成{0001}<10■0>和{0001}<11■0>织构。基面和锥面位错滑移导致织构分裂。经RUE变形后AZ31镁合金的最大硬度较初始状态提高42.4%,主要原因是细晶强化和位错强化。

AZ31/LA141搅拌摩擦搭接焊工艺及性能研究

借助体视镜、光学显微镜、万能试验机和维氏显微硬度计探究不同旋转速度对AZ31/LA141异种材料搅拌摩擦搭接焊接头组织、显微硬度和剪切性能的影响。结果表明:当焊接速度为0.1 m/min,旋转速度为1400~1800 r/min时,焊缝质量良好,无明显缺陷。同一焊接参数下,上层AZ31和下层LA141的前进侧热影响区晶粒尺寸均大于后退侧,而前进侧热机影响区晶粒尺寸的变化趋势小于后退侧。前进侧热机影响区晶粒尺寸随旋转速度的增加而增加。当旋转速度增大时,上层AZ31和下层LA141的显微硬度均增大,焊核区的显微硬度最大值为68.2HV。搅拌摩擦搭接焊接头的拉剪力先增后减,当焊接速度为0.1 m/min,旋转速度为1600 r/min时,拉剪力达到最大值2313.5 N。

AZ31镁合金板的热冲压成形研究

为了改善AZ31镁合金板的成形性,对其2 mm厚的挤压板分别在25(室温)、250、300、350、400℃五个温度进行热冲压成形。通过回弹角测量、组织观察和力学性能测试,研究冲压成形温度对其回弹性能和显微组织、力学性能的影响。结果表明,室温冲压成形时,冲压件底部弯角处有细微的裂纹,且回弹现象较明显;随着冲压成形温度升高,AZ31镁合金板的成形性能得到明显改善,回弹现象减弱。镁合金冲压板材的显微组织在室温下无孪晶产生,随着温度升高开始产生孪晶,在250、300、350℃中均有大量孪晶生成,到达400℃后孪晶开始减少至消失,材料发生再结晶现象,晶粒细化。

6061铝合金/AZ31镁合金异种金属搅拌摩擦焊温度场的数值模拟

使用COMSOL Multiphysics有限元软件建立了6061铝合金/AZ31镁合金异种金属搅拌摩擦焊的三维传热模型,实现了搅拌摩擦焊接温度场的模拟,并分析了焊接速度、搅拌头转速参数对温度分布的影响。结果表明:焊接过程中高温区域温度场呈椭圆状分布,温度最高处位于搅拌头后方镁板侧,且轴肩接触处的尤为突出。随着焊接速度的增加、搅拌头转速的减小,高温区域的面积减小,峰值温度明显降低。焊接速度比搅拌头转速对温度场的影响更为显著。