镁合金挤压阳极生产过程控制

镁合金挤压阳极是主要应用于家用电热水器和热水锅炉、输油和输汽管道等结构的阴极保护产品,特别是由于电热水器等家用特殊用途的需要,使得镁合金挤压阳极的内在质量控制变得非常严格,同时对于镁合金挤压阳极的更换也带来不便,这就对阳极的种类、重量和质量提出更高的要求。本文旨在利用过程控制的方法通过对镁合金挤压阳极的坯料材质净化控制、镁合金挤压阳极成型控制、镁合金挤压阳极的组装控制等生产过程的质量控制研究有效地解决镁合金挤压阳极生产过程中的质量问题,达到规模化生产的水平。在本文中对用户关心的成本与安全问题也进行了简要描述。通过TPM系统的推行和价值工程的应用,使镁合金挤压阳极的化学成分、微观组织,使用性能、成本以及安全指标达到了或超过了有关标准的要求。

AZ31B镁合金挤压板材力学性能的各向异性

在AZ31B镁合金板材的板面内沿不同方向进行单向拉伸和压缩试验,研究挤压板材的力学性能。结果表明,变形AZ31B镁合金板材具有显著的各向异性和拉压非对称性。在板面内,沿挤压方向拉伸时的屈服应力明显地比沿同方向压缩和沿其他方向拉伸或压缩时的高(约2倍);沿45°斜向拉伸的屈服应力和抗拉强度较低,而延伸率最高;这种非对称性主要表现为屈服非对称和塑性流动非对称,即拉压的屈服应力不相等和拉压应力-应变曲线形状不同,压缩曲线表现出特殊的"S"型。基于晶体塑性理论,讨论了引起变形镁合金的各向异性和拉压非对称性力学性能的变形机理。

镁合金薄壁空心型材挤压壁厚减薄问题的有限元分析及解决方案

对镁合金薄壁空心型材在实际生产过程中出现壁厚减薄的缺陷,采用数值模拟方法进行研究,分析了挤压过程中金属流速和压力分布情况,模拟结果表明,焊合室内压力不均及出模口处沿挤压方向金属流动速度差异,是导致型材壁厚减薄的主要原因,且模拟得到的壁厚值与实际测量值基本吻合。提出了控制型材壁厚的改进方案,对型材挤压模具结构进行改进,即增加焊合室高度和修改分流孔尺寸。其中修改分流孔尺寸的方案能得到壁厚较均匀的型材,是可行的方案。研究结果表明,有限元方法对复杂型材挤压生产中挤压模具和挤压工艺的优化有直接的指导意义。

Ca对挤压Mg-10Al-1.5Zn-0.4Mn镁合金组织和性能的影响

采用传统的熔炼工艺制成Mg-10Al-1.5Zn-0.4Mn-xCa镁合金铸锭并经挤压变形,借助OM、SEM和XRD分析了合金显微组织和相组成,研究了Ca对该镁合金铸态和挤压态显微组织和力学性能的影响。

挤压镁合金AM60的腐蚀疲劳

研究了加载频率、溶液pH值、氯离子浓度和氟化物转化膜等对挤压镁合金AM60疲劳寿命的影响,讨论了疲劳机理及AlMn相的作用.结果表明:在空气中10.Hz以下,疲劳寿命与频率有一定的关系;而在10 Hz以上,疲劳寿命与频率无关.AM60在中性溶液中疲劳寿命最短,在碱性溶液中疲劳寿命最长.氯离子能明显地降低疲劳寿命,含氟转化膜提高腐蚀疲劳寿命的作用不明显.断口分析表明,挤压镁合金AM60疲劳裂纹的形成与AlMn相粒子有关,在空气中,疲劳裂纹源为AlMn相粒子;而在溶液介质中,腐蚀疲劳裂纹萌生于AlMn相粒子周围的点蚀坑.

挤压镁合金汽车仪表板横梁骨架的设计与分析

为实现汽车轻量化,对钢制仪表板横梁骨架总成进行了镁合金替代设计。依据制造工艺将镁合金仪表板横梁骨架按挤压件和冲压件分别设计,并确定了镁合金材料及连接工艺;建立镁合金仪表板横梁骨架总成的有限元模型,进行模态对比分析和碰撞侵入量分析;建立仪表板横梁管材的弯曲仿真模型,模拟管坯的弯曲成形。结果表明镁合金替代设计满足仪表板横梁的轻量化、整体模态、碰撞安全以及可制造性的要求。

析出相对AZ91D挤压镁合金PLC效应的影响

研究了具有不同析出相含量的AZ91D挤压镁合金在拉伸变形中出现的Portevin-Le Chatelier(PLC)现象,讨论了析出相对其产生PLC效应的影响规律,指出AZ91D挤压镁合金产生PLC效应的微观机理。结果表明:Al溶质原子的浓度是影响AZ91D挤压镁合金产生PLC效应的主要因素,β-Mg_(17)Al_(12)相的析出抑制了AZ91D挤压镁合金不稳定塑性行为。当β-Mg_(17)Al_(12)相析出量较高时,AZ91D挤压镁合金表现为稳定的塑性流变过程,其对应的应力-应变曲线为光滑的曲线;随着β-Mg_(17)Al_(12)相析出量的降低,固溶于Mg基体中的Al原子量增加,固溶体内溶质原子浓度提高,拉伸曲线表现出明显的锯齿屈服并逐渐剧烈,即AZ91D挤压镁合金的PLC效应随β-Mg_(17)Al_(12)相析出量的减少和Al溶质原子浓度的提高而增强;当β-Mg_(17)Al_(12)相含量为1.0mass%,对应的曲线上只出现一个锯齿抖动,这是AZ91D挤压镁合金产生PLC效应的临界状态。

基于SHPB实验的挤压AZ91D镁合金动态力学行为数值模拟

使用霍普金森压杆技术对挤压AZ91D镁合金进行3种应变速率下的动态压缩实验,基于实验数据的拟合确定了其动态压缩的Johnson-Cook(J-C)本构方程。采用拟合的J-C本构参数和LS-DYNA有限元软件对挤压AZ91D镁合金在3种应变速率下的SHPB实验进行了数值模拟,根据模拟得到的入射波、反射波和透射波形计算得到各应变速率下完整的应力-应变曲线,并与实验及拟合的应力-应变响应进行了对比。结果表明:当应变速率在400~1000 s-1之间变化时,AZ91D镁合金的应变速率敏感性随应变率增大而增大;基于J-C材料模型描述的AZ91D镁合金应变速率相关的应力-应变本构模型,其数值模拟结果与拟合结果及实验结果基本吻合。

挤压镁合金腐蚀与防护研究进展

随着挤压镁合金的广泛应用,如何改善其较差的耐蚀性自然成为无可回避的重要研究课题。通过综合分析国内外挤压镁合金腐蚀研究领域的相关研究成果,从腐蚀行为与防护技术两个方面进行了讨论。挤压镁合金易于受到多种腐蚀形式的破坏,其腐蚀行为、性能和机理受到材料特性和腐蚀环境等多种因素的影响,表现出多样性和复杂性,特别是应力和腐蚀协同所用下的挤压镁合金失效行为,尚需开展深入研究。通过优化制备工艺参数、合金化和热处理等技术进行组织和成分优化,基于应力条件、不同的腐蚀环境,开发新型耐腐蚀挤压镁合金,对于提高挤压镁合金抗腐蚀性能,扩大其应用领域具有实用价值。电化学镀、化学转化膜、自修复涂层等涂层技术在合金表面形成钝化膜、陶瓷膜以及释放缓蚀剂,对挤压镁合金提供了有效防护。其中,自修复涂层能够有效解决涂层破损产生的局部腐蚀问题,极大地改善了膜层的防护性能,拥有良好的应用前景,是涂层研发的新方向。

挤压态AZ81镁合金的热压缩变形行为

在温度为320-440℃、应变率为0.001-1 s-1的变形条件下,采用Gleeble-1500热模拟机对挤压态AZ81镁合金的热压缩变形行为进行研究。结果表明：挤压态AZ81镁合金的流变应力随变形温度的升高而降低,随应变率的升高而升高,且随应变的增加,流动应力很快达到峰值,然后逐渐降低并趋于稳定。为评价挤压态AZ81镁合金在热模压成形过程中流动应力,结合Arrhenius方程并引入Zener-Hollomon参数,对流动应力做出相应的修正,根据修正后的流动应力构建挤压态AZ81镁合金流变应力高温变形本构模型。模拟结果表明：该模型的应力预测值与试验值吻合较好,计算精度较高,为后续的模压近/净终成形工艺参数的制定提供一定的理论参考。

复合均匀化处理对挤压态镁合金组织与性能的影响

在挤压前分别对AZ80镁合金进行了常规均匀化处理和复合均匀化处理,并进行了挤压态AZ80镁合金的显微组织、力学性能和耐腐蚀性能的测试与分析。结果表明,与常规均匀化处理相比,复合均匀化处理能显著提高挤压态AZ80镁合金的力学性能和耐腐蚀性能,25℃的抗拉强度增加75 MPa、屈服强度增加87 MPa、断后伸长率增加10.9%;腐蚀电位正移309 mV。

挤压态WE43镁合金低温断裂研究

为了研究挤压态WE43镁合金低温断裂原因及断裂机理,利用Gleeble-3800热模拟试验机在变形温度150℃、应变速率0.001~1 s^-1下进行WE43镁合金压缩试验直至试样断裂。通过光学显微镜和扫描电子显微镜观察了断裂试样裂纹附近区域微观组织及断口形貌。结果表明:低温下挤压态WE43镁合金塑性变形软化现象不明显,合金达到强度极限即断裂,并且流变应力对应变速率不敏感。低温压裂后WE43镁合金组织仍为等轴晶,但分布不均匀。沿着裂纹扩展方向及裂纹附近区域发现的孪晶、第二相粒子是挤压态WE43镁合金低温断裂的主要原因,能谱分析结果表明第二相为富Y的颗粒状沉淀以及富Nd的条状沉淀。挤压态WE43镁合金低温断口形貌为一系列解理面和少量由第二相粒子导致的韧窝,断裂机制为以穿晶解理为主的韧-脆混合型断裂。

挤压态稀土镁合金高温单轴拉伸行为特征研究

使用Instron3382电子拉伸试验机研究了挤压态Mg-Gd-Y-Zn-Zr稀土镁合金的高温拉伸变形行为,分析并归纳了该合金在温度为250~350℃,应变速率为10-2~10-4 s-1条件下的峰值应力随温度和应变速率的变化关系.研究结果表明:温度和应变速率是影响高温变形力学性能的重要因素,随着温度的升高和应变速率的降低,峰值应力减小;随着变形温度的升高,应变速率敏感性增加,应力指数减小,其平均值为6.75;在试验温度范围内,随着温度的升高和应变速率的增加,变形激活能降低,位错的攀移和滑移为塑性变形的主要机制.

变形参数对挤压态AZ41M镁合金热变形行为和组织演变的影响

通过热模拟压缩试验研究了挤压态AZ41M镁合金在应变速率为0.005~1 s^(-1)、温度为300~450℃条件下的热变形行为。利用光学显微镜分析了合金热变形过程中的组织演变。结果表明:挤压态AZ41M镁合金热变形过程中,真应力应变曲线表现出典型的单峰动态再结晶(DRX)特征,合金具有比较高的温度和应变速率敏感性;合金热变形过程中,DRX会促进晶粒细化,且应变速率越小,温度越高,合金越容易发生动态再结晶;温度的升高可以促进合金DRX的发生与晶粒长大,能改善合金变形的不均匀性,但温度过高会导致晶粒尺寸粗大不均匀;应变速率越大,变形量越大,晶粒尺寸越细小且更均匀;合金热变形过程中,DRX形核机制主要受温度影响,应变速率与变形量对其影响较小,在温度较低(300℃)时,合金主要以弓弯形核机制发生不连续动态再结晶,在较高温度(450℃)时,同时存在弓弯形核不连续动态再结晶形式和孪晶诱变形核连续动态再结晶形式。

机械设备外壳挤压态新型镁合金的组织与性能研究

采用连续挤压工艺制备了机械设备外壳用挤压态新型镁合金Mg-8Al-1Zn-0.15In-0.15Ti。对该镁合金进行了显微组织、XRD、力学性能和阻尼性能分析。结果表明:该合金由α-Mg基体和少量的Mg_(17)Al_(12)相组成,具有较佳的力学性能和阻尼性能。该合金的抗拉强度为327 MPa、屈服强度为268 MPa、断后伸长率为25%。与商业AZ31镁合金相比,在0.8Hz频率下该新型合金在25℃的阻尼性能增加了196%。

Mg-15Gd-3Y挤压合金的时效强化

研究时效处理对挤压态Mg-15Gd-3Y合金显微硬度及力学性能的影响,采用透射电镜对时效析出相的形态进行分析。结果表明:225℃、14h时效时合金获得最高硬度,为135HV,此时,晶内弥散析出许多纳米β′亚稳相,且与基体有着良好的共格匹配性,使合金获得较高强度和硬度,同时塑性降低;在225℃、70h过时效作用下,纳米β′亚稳相原位长大成β稳定相,且与基体失去共格匹配性,降低合金的强度和硬度,同时塑性有所回升;合金的最高强度出现在200℃、100h时效处,此时,抗拉强度达到446.67MPa,合金中的β′亚稳相呈蠕虫状,沿亚晶界分布,有效地阻碍亚晶界和位错的运动,从而强化合金。

热处理对挤锻复合成形AZ61镁合金组织与性能的影响

通过对挤压态AZ61镁合金进行热锻及随后的人工时效处理,分析了人工时效及形变对AZ61镁合金微观组织和力学性能的影响。结果表明:不同的时效温度下随时间的延长,合金的硬度先升高,到达一峰值时开始下降。在相同时效时间条件下,随时效温度的升高,硬度逐渐增高,达极大值之后又降低。180℃是AZ61镁合金最佳的时效温度,并且在时效27 h时强度和硬度达到最大值,分别为σb=324.18 MPa,σ0.2=290.53 MPa,硬度为78.5 HRE,δ=13.21%。同时,人工时效β-Mg17Al12相的析出使AZ61镁合金得到强化。

AZ80挤压镁合金微弧涂层的耐蚀性能

针对镁合金裸露动件的服役环境及表面防护特点,采用微弧氧化(MAO)表面处理技术在AZ80挤压合金表面制备MAO涂层,通过连续盐雾加速腐蚀试验,研究了AZ80合金基体及MAO涂层的静态腐蚀性能,并对AZ80合金基体和MAO涂层试样进行预腐蚀,通过慢应变速率拉伸试验研究了MAO涂层及预腐蚀时间对AZ80镁合金腐蚀行为的影响。结果表明,MAO涂层具有较好的静态防护性能,盐雾腐蚀6天后出现点蚀现象,涂层破裂后的腐蚀行为取决于AZ80合金基体的耐蚀性。在慢应变速率拉伸状态下,随着预腐蚀时间的延长,AZ80基体和MAO涂层的应力腐蚀敏感性增加,MAO涂层的应力腐蚀敏感性指数明显小于AZ80合金基体。MAO涂层试样对AZ80基体有明显的防护作用,可有效提高镁合金的耐蚀性。

AZ31B镁合金压-压循环载荷下变形行为及变形机制演化

为探讨AZ31B挤压态镁合金棒材沿径向取样的循环变形特征,开展了0.75%,1.0%,2.0%和4.0%应变幅下应变控制的非对称压-压循环变形实验。结果表明:在小应变幅(0.75%,1.0%)下,循环变形的滞回曲线表现出较好的对称性;在大应变幅(2.0%,4.0%)下,滞回曲线对称性差,且在滞回曲线上出现拐点;随着循环周次增加,塑性应变幅呈现下降趋势,材料均表现出循环硬化行为,在小应变幅下循环拉伸阶段对材料硬化率远大于压缩阶段的硬化率,而在大应变幅下这种区别并不明显。分析表明,沿径向取向的〈1120〉丝织构镁合金,小应变幅下位错滑移在整个寿命周期内作用更大;大应变幅下,随着塑性变形的增加,循环过程中变形机制发生演化,较低临界剪切应力(critical resolved shear stress,CRSS)的基面位错和拉伸孪生不能完全满足变形要求,较高CRSS滑移系启动及残余孪晶使得滞回曲线出现拐点;循环变形过程中不完全的孪生-去孪生过程使基体中存在大量残余孪晶,影响了循环变形过程的硬化率,同时降低了疲劳寿命。