辊速对AZ61B镁合金管材纵连轧成形性的影响

基于Abaqus软件建立了AZ61B镁合金管材连轧有限元模型,模拟和分析了辊速对管材成形性的影响,通过试验验证了模型可靠性。结果表明:在稳定轧制阶段,管材周向壁厚随辊速增加而减薄,且平均壁厚均匀性改善,纵向伸长率与辊速呈正相关,辊速由2.46 r/s增加到2.90 r/s时,周向平均壁厚由5.762 mm减小到5.224 mm,耳子由6.453 mm减小到5.856 mm,纵向伸长率由41.33%增加到51.86%。

Ce变质铸造汽车用AZ61镁合金的组织与力学性能

对AZ61镁合金进行了不同Ce添加量的变质铸造试验,通过OM、硬度测试、拉伸试验等手段研究了Ce变质处理对AZ61镁合金组织与力学性能的影响。结果表明:未变质的AZ61镁合金铸态组织由α-Mg相和粗大网状β-Mg17Al12相组成。随着Ce加入量的增加,AZ61镁合金中β-Mg17Al12相析出量逐渐减少,稀土相逐渐增多,β-Mg17Al12相由连续粗大网状逐渐转变为颗粒状,Ce添加量1.0wt%的AZ61镁合金中β-Mg17Al12相最为细小。与未变质的AZ61镁合金相比,经Ce变质的AZ61镁合金的硬度、抗拉强度和伸长率均有了明显提高。随着Ce加入量的增加,AZ61镁合金的硬度、抗拉强度和伸长率均先升高后降低,Ce添加量1.0wt%的AZ61镁合金的力学性能最佳。

添加0.5%Si_(3)N_(4)对车用AZ61镁合金微观组织和性能的影响

研究了添加0.5%Si_(3)N_(4)(质量分数)对车用AZ61镁合金微观组织、力学性能以及耐腐蚀性能的影响。结果表明添加0.5%Si_(3)N_(4)(质量分数)后,铸态和挤压态AZ61镁合金的晶粒均细化。添加0.5%Si_(3)N_(4)(质量分数)后,部分Si_(3)N_(4)与Mg,Al发生反应生成了AlN与Mg2Si,另一部分Si_(3)N_(4)以第二相的形式存在于镁合金中,铸态AZ61镁合金屈服强度由66.7 MPa提升到了73.2 MPa,抗拉强度由105.4 MPa提升到了113.3 MPa,延伸率由1.5%提升到了1.9%,与AZ61镁合金相比,分别提升了9.7%,7.4%和26.7%。添加0.5%Si_(3)N_(4)(质量分数)后挤压态AZ61镁合金屈服强度由145.0 MPa提升到了162.7 MPa,抗拉强度由274.6 MPa提升到了284.2 MPa,延伸率由16.0%提升到了18.1%,与AZ61镁合金相比,分别提升了12.2%,3.5%和13.1%。添加0.5%Si_(3)N_(4)(质量分数)后挤压态AZ61的耐腐蚀性能也得到了提升,腐蚀电流密度由142.9μA/cm^(2)降低到了56.7μA/cm^(2)。添加0.5%Si_(3)N_(4)(质量分数)可以有效提升车用AZ61镁合金的力学性能和耐腐蚀性能。

异种镁合金AZ31B与AZ61A的搅拌摩擦焊工艺

对异种变形镁合金AZ31B与AZ61A进行搅拌摩擦焊对接实验,研究了工艺参数对接头组织及力学性能的影响。结果表明:当采用凹面圆台形搅拌头,且将AZ31B置于后退侧进行施焊时较易得到成型良好、无焊接缺陷的对接接头,接头抗拉强度最高可达到母材AZ31B的90.5%。对焊缝的端面微观组织特征分析发现:接头各区域组织差异很大,前进侧热力影响区组织呈层状分布且较宽。当工艺参数不恰当时,该区域层间易产生氧化物和杂质物的富集。夹杂层的存在和应力集中是造成接头在前进侧热力影响区力学性能下降的主要原因。

AZ31B镁合金挤压管材的内高压成形性能

通过拉伸实验和胀形实验研究了不同温度下AZ31B镁合金挤压管材的成形性能．结果表明,随着温度的升高,管材的轴向拉伸成形性能明显提高,但其胀形性能并没有相应变化．这主要是因为挤压过程导致管材环向变形性能与轴向变形性能存在较大差别,管材具有明显的各向异性特征．此外,采用分流模挤压的管材,沿管材环向还存在若干条焊缝．在热态下胀形时,焊缝成为最薄弱的部位从而提前破裂,降低了管材的整体胀形性能．

AZ61B镁合金搅拌摩擦搭接焊接头断裂特征分析

采用搅拌摩擦焊对2 mm厚的AZ61B镁合金进行了搭接试验,通过剪切拉伸实验对断口处的显微组织进行观察,研究了焊接接头的断裂部位特征及断裂机理。结果表明,搭接接头的断裂部位在热机影响区,断裂起源于钩状缺陷。当搭接形式为上板置于前进侧时,接头断裂形式为45°剪切断裂,表现为韧脆混合断裂,其接头强度较高;当搭接形式为上板置于后退侧时,接头断裂形式为V型断裂,表现为韧性断裂,其接头强度相对较低。接头钩状缺陷、接头厚度方向受热梯度及热机影响区的晶粒定向拉长是影响接头断裂特征及力学性能的主要因素。

数值模拟方法建立AZ31B镁合金管材的挤压极限图

采用Gleeble3000型热—力学模拟试验机对不同温度和应变速率下的AZ31B镁合金的变形行为进行了研究,得到材料的流动应力曲线并导入专业成形数值模拟软件,对尺寸为Φ40mm×4mm的AZ31B镁合金圆管,进行了挤压数值模拟,根据模拟数据建立了挤压极限图,并通过挤压工艺试验对所得的挤压极限图进行了验证,结果吻合得很好。

AZ61B镁合金热模拟挤压变形的研究

采用Gleeble-1500D热模拟机,对AZ61B镁合金在温度为623K和673K,应变速率为0.01,0.1、1 s-1时,应变量为50%的高温塑性变形行为,以及热模拟后镁合金组织的变化进行了研究。分析了流变应力与应变速率和温度的关系,计算出了应力指数和变形激活能,结果表明:流变应力随应变速率的增加而增加,随应变温度的增加而减小;镁合金发生了动态再结晶,有大量细小等轴晶出现,探明了变形软化的主要机制是动态再结晶。

AZ31B镁合金连续铸轧板材搅拌摩擦搭焊接头组织研究

对AZ31B镁合金连续铸轧板材进行搅拌头逆时针与顺时针相结合的二道搅拌摩擦搭接焊。经对其搭接接头横截面的焊缝宏观及不同部位微观组织对比来分析二道搅拌摩擦焊对焊接接头塑性组织及成形的影响。结果表明:焊核区等轴晶粒组织特别细小、均匀;过渡区晶粒组织大小起伏较大,略大于焊核,较小于母材组织;前进侧界面迁移呈现大弧度卷起,比较突兀与焊核隔断,形成钩状缺陷,而后退侧界面迁移线缓缓渗入中部焊核区,渐渐消失于焊核组织内;前进侧迁移线的成形特点相比于孔洞隧道缺陷,成为整个焊接接头最薄弱部分;前进侧界面迁移线边的组织融合影响了对焊接头的成形;二道搅拌摩擦搭接两次搅拌头旋转方向同为逆时针时,能得到表面良好、组织熔合紧密、强度较高接头;当搭接接头上板为后退侧时,与上板为前进侧相比,搭接接头能够承受更大剪切力。

Bi对挤压态AZ61镁合金组织和力学性能影响

研究了添加Bi元素对AZ61镁合金铸态、固溶态和挤压态组织和力学性能的影响。实验结果表明,向合金中加入Bi后,铸态合金基体中析出了片状和颗粒状的Mg3Bi2相,挤压态合金的组织得到了细化。当加入2%(质量分数)Bi后,挤压态合金的屈服强度和抗拉强度达到最大值,分别为239.4和322.6 MPa。随着Bi含量的进一步增加,粗大的Mg3Bi2相显著增多,加载时割裂基体,导致力学性能降低。

AZ31B镁合金轧板差温剪切旋压成形组织和性能的研究

在100~300℃成形温度开展了AZ31B镁合金薄板差温剪切旋压实验,并分析研究了温度对成形工件微观组织和力学性能的影响规律。结果表明:AZ31B板材在150~300℃具有良好的差温剪切旋压成形性;150℃成形时,工件微观组织中以变形孪晶为主,晶界分布着亚微米级再结晶晶粒,随着温度上升,再结晶体积分数增加,在250、300℃成形时,获得完全动态再结晶组织。工件在200℃成形后获得最佳综合力学性能,在150℃旋压后工件强度最高。

恒压恒流交互模式对AZ31B镁合金微弧氧化陶瓷膜组织与性能的影响

为探究恒压与恒流相互叠加模式对AZ31B镁合金微弧氧化膜层组织与性能的影响,利用AZ31B镁合金为基材,在电解液和电参数相同的前提下,采用恒流、恒压、先恒流再恒压、先恒压再恒流4种不同电源工作模式在AZ31B镁合金表面制备微弧氧化陶瓷膜。采用扫描电镜(SEM)、电化学工作站、X射线衍射仪(XRD)、高温摩擦磨损机等检测手段,对AZ31B镁合金微弧氧化陶瓷膜层进行测试。结果表明:基材经微弧氧化处理后,表面生成微弧氧化陶瓷膜。在先恒流再恒压(0.7 A/6 min+400 V/4 min)电源模式下制备的微弧氧化陶瓷膜的MgO、MgF_(2)以及Mg_(2)SiO_(4)等强化相的峰值比其他模式下制备的膜层高;膜层表面平整,微孔小且分布均匀,致密性较好,膜层与基体紧密结合;相对于其他模式下的膜层,其被磨穿时长最长,材料的耐磨性得到提升;其腐蚀电位相对于基体,从-1.4974 V增加到-1.3769 V,腐蚀速率从0.0091 mm/a降低到0.0020 mm/a,耐腐蚀性显著提升。

基于损伤耦合粘塑性模型的AZ31B镁合金温变形行为研究

为了准确描述AZ31B镁合金温变形中材料硬化、损伤和断裂行为,建立了基于位错密度的粘塑性模型与GTN损伤模型耦合的本构模型。在不同温度和应变率下对试样进行温拉伸试验,获得合金温变形下的应力-应变曲线。基于材料高温变形机理,以位错密度为内变量,建立粘塑性模型来描述材料的硬化行为,并采用智能算法来识别模型的材料参数。为描述材料温变形过程中的损伤演变,将GTN损伤模型与已建立的粘塑性模型进行耦合,建立温拉伸仿真有限元模型,利用Kriging代理模型结合智能算法反求损伤模型参数。最后,利用已建立的损伤耦合粘塑性模型分析温拉伸过程中的损伤演化和预测温胀形过程的破裂行为,并与试验结果进行对比。结果表明,该本构模型可以准确地预测AZ31B温变形过程中的损伤和断裂。

压下率对AZ31B镁合金管材纵连轧力能参数的影响

基于Deform-3D有限元软件建立了AZ31B镁合金管材纵连轧有限元模型,模拟分析了压下率对轧制力及轧制力矩的影响规律,同时通过试验验证了模型可靠性。结果表明:镁合金管材在稳定区的纵连轧轧制力、轧制力矩均与压下率呈正相关;第二机架所受轧制力在管材被抛出第一机架时明显增大,当压下率为20%及30%时,第三机架所受轧制力矩较第二机架大。

添加高熵合金粉末AZ31B镁合金/304不锈钢电阻点焊接头组织和力学性能

以FeCoNiCrMn高熵合金为中间层,获得高质量的AZ31B/不锈钢电阻点焊接头。分析过渡区与两侧母材的反应扩散行为,检测接头性能并优化焊接工艺。结果表明:包含FeCoNiCrMn颗粒的过渡区成功连接镁、钢两母材。镁合金侧界面主要是颗粒周围反应生成的Fe4Al13金属间化合物;而不锈钢侧边界主要由(Fe,Ni)固溶体和Fe4Al13金属间化合物两部分组成。拉剪载荷F随焊接电流I和焊接压力P的增加,焊接时间t的延长,呈现出先升高后降低的趋势,在18.2~22.5 kA,15~35周波,2.0~10.6 kN的实验工艺范围内,添加高熵合金镁/钢点焊接头拉剪载荷在3.2 kN以上,最大拉剪载荷为5.605 kN,相比未添加高熵合金镁/钢点焊接头拉剪载荷提高了397%。高熵合金过渡层形成了大量(Fe,Ni)固溶体,减少Fe4Al13脆性金属间化合物的生成,有效提高了接头的力学性能。

基于BP神经网络的AZ61镁合金流变性能的预测与评估

采用热模拟机对AZ61镁合金进行等温压缩试验,研究变形温度和应变速率对流变应力的影响。结果表明:温度越低、应变速率越高,都使流变应力增大。根据实验数据,建立了BP神经网络(BP-ANN)模型。该模型预测值与实验值吻合良好,其相关系数达到0.999 6,平均误差为0.11%。

基于翻孔试验的AZ31B镁合金薄板温成形特点研究

以1.6 mm厚的AZ31B镁合金板料为研究对象,利用Deform-3D软件探究了温成形翻孔工艺的成形特点,分析了成形温度、冲压速度和压边间隙对制件成形过程中等效应力、成形载荷及厚度变化的影响规律和机理,在此分析结果基础上提出了翻孔优化工艺,并通过对比优化工艺下仿真试验和物理试验中制件的变形情况,验证了模拟仿真的正确性。结果表明,扩孔阶段制件凸缘区材料应力波动幅度最大,达到141.29 MPa,减薄和增厚最严重的区域分别是伸长区底部和凸缘区,分别达到20.00%和3.13%,温度与材料的等效应力峰值及应力分布不均匀性呈负相关,较低的冲压速度可以给材料变形提供充足的缓冲时间,有利于降低等效应力峰值和增厚率,压边间隙主要影响材料厚度变化情况而对材料主变形区等效应力的影响较小,仿真试验与物理试验制件的终态材料厚度分布趋势一致,凸模峰值载荷误差为0.94 kN,仿真试验结果与物理试验结果具有良好的一致性。

基于韧性断裂准则的AZ31B镁合金板材成形极限预测

结合损伤起始判据和损伤演化准则,建立了完整的韧性断裂准则,基于ABAQUS中韧性损伤材料模型对AZ31B镁合金板材成形极限进行了预测。通过拟合单向拉伸应力应变曲线得到材料本构模型及损伤演化参数,建立了板材的Nakazima半球形凸模胀形有限元仿真模型,再基于韧性断裂准则预测了AZ31B镁合金板材室温下的成形极限,并分析了不同板材断裂失效判据对成形极限的影响。研究结果表明,基于所建立的韧性断裂准则,并以损伤演化过程中应变路径转变作为断裂失效判据,可以较准确地预测镁合金板材成形极限,得到的成形极限图与实验结果吻合较好。

电弧增材制造AZ61镁合金的力学性能和腐蚀性能研究

镁及镁合金具有高比强度、低密度、可降解性、与人体相似的弹性模量以及良好的生物相容性等优势,而被认为是生物医学领域极具应用潜力的材料。然而,镁合金较差的力学性能和耐腐蚀性能限制了其进一步的应用。采用钨极气体保护焊(TIG)电弧增材制造工艺制备了AZ61镁合金试样,研究了该合金的力学性能和其在模拟人体体液(SBF)中的耐腐蚀性能。结果表明,增材镁合金试样的极限抗拉强度为278.5 MPa,延伸率为30.78%,增材镁合金在SBF中的腐蚀电流密度为2.827×10^(-6) A/cm^(2),较铸态镁合金降低了两个数量级。增材制造的镁合金试样不仅具有优异的力学性能,同时在SBF中展现出良好的耐蚀性。

不同板厚AZ31B镁合金CMT焊接接头性能对比试验

使用CMT焊接方法对3mm、6mm两种厚度的AZ31B镁合金进行焊接试验,并对焊缝进行了焊缝形貌、微观结构、显微硬度、断口及疲劳性能等方面的试验分析。结果表明:合理的焊接参数能得到优化的焊缝,且金相组织与板厚无关。3mm厚的AZ31B镁合金可达到母材抗拉强度的83%,6mm厚的AZ31B镁合金可达到母材抗拉强度的88.7%,说明AZ31B镁合金CMT焊接接头的脆性随着板厚增加而增大,同时接头的显微硬度整体呈W形分布,焊缝区显微硬度高于热影响区且薄板热影响区硬度略高于厚板。在进行了200万次循环后,接头的疲劳强度为16.72MPa,仅为其抗拉强度的7.8%,焊接接头的疲劳强度远低于其抗拉强度。接头拉伸断裂位置位于母材,呈45°角切断,断裂位置与显微硬度最低位置相吻合,接头的断裂区域有明显的塑性变形痕迹。