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。

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。

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。

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。

La/Nd比对AZ91-RE合金显微组织和拉伸性能的影响

研究La/Nd比对AZ91-RE合金显微组织和拉伸性能的影响。采用经典表征方法分析第二相的体积分数、平均最近邻距离(NND)和数量密度。利用第一性原理计算确定第二相的形成焓、力学性能和热力学性质。结果表明,La与Nd的质量分数比(w_(La)/w_(Nd))为3/2的合金具有最小的平均晶粒尺寸、最小的平均最近邻距离和最高的第二相数量密度。计算结果表明,Al_(11)La_(3)和Al2Nd的形成在能量上有利。此外,Al_(11)La_(3)和Al_(2)La在抗变形能力、抗剪切变形能力、固体刚度和热稳定性方面都明显优于其他第二相。因此,提高Al_(11)La_(3)和Al_(2)La相的含量有利于改善AZ91-RE合金的力学性能。

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。

注射成形增强半固态AZ91D镁合金的组织及性能

为了研究半固态注射成形技术对AZ91D镁合金显微组织、力学性能以及腐蚀行为的影响,通过对半固态注射成形镁合金进行热处理及电化学腐蚀分析,研究了镁合金成形件在注射成形中与热处理后的组织及性能变化。结果表明,相对于压铸镁合金,半固态注射成形镁合金的组织均匀、力学性能优良、晶粒细小且平均晶粒尺寸为20~30μm,能获得质量良好的显微组织。镁合金的热处理对晶界第二相的数量和分布有较大影响,能作用于材料性能。经时效处理后,镁合金硬度从63.47 HV提高到74.05 HV,抗拉强度从125.56 MPa提高到150.91 MPa,抗拉强度提高了20.2%。在质量分数为3.5%的NaCl溶液的电化学腐蚀中,合金的自腐蚀电位为-959.56 mV,经固溶+时效处理后,自腐蚀电位先升高到-927.55 mV后下降至-988.94 mV,耐腐蚀性能先增高后降低。

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。

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。

AZ91镁合金中变形孪晶与析出相交互作用结构的电子显微学研究

本文综合利用透射电子显微镜(transmission electron microscopy,TEM)及高分辨透射电子显微镜(high resolution transmission electron microscope,HRTEM)电子显微表征技术,对冲击变形时效AZ91镁合金中变形孪晶与β⁃Mg17Al12析出相交互作用引发的变形结构进行了观察和表征。结果表明:(1)β析出相阻碍{1012}孪晶生长使其界面形成台阶结构导致孪晶板条呈现粗细不均的形貌,更严重的交互作用可导致孪晶界发生大角度弯折,同时诱发基体中扭折带的形成以协调孪晶变形;(2){1011}孪晶与β析出相的交互作用会产生局域应力集中,导致连锁诱发{1012}孪晶形核,表明孪晶与析出相的交互作用可以促进孪晶形核。

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。

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。

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。

硝酸铈添加剂对AZ91D镁合金微弧氧化膜组织与性能的影响

为了进一步提高AZ91D镁合金表面的耐蚀性与耐磨性,在硅酸盐电解液体系中加入不同浓度的硝酸铈添加剂,利用微弧氧化(MAO)技术在其表面原位生长出陶瓷膜层。通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)对陶瓷膜层物相组成和表面微观形貌进行了表征,并通过电化学测试与摩擦磨损试验,评估了陶瓷膜层的耐蚀与耐磨性能。结果表明:硝酸铈添加剂的添加对膜层相组成影响较小,随着硝酸铈浓度的增加,膜层表面先出现较大孔径的孔洞,之后孔洞数量逐渐减少,且孔径也缩小。与无添加剂的膜层相比,硝酸铈的添加量为0.4 g/L时,其被磨穿时长从1 min增加到8 min,耐磨性有所改善;腐蚀电位从-1.69 V增加到-1.26 V,腐蚀电流密度从8.56×10^(-6)A·cm^(-2)降到2.49×10^(-7) A·cm^(-2),耐蚀性显著提高。

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。

添加碳粉对AZ91镁合金微观组织与力学性能的影响

研究了不同含量的碳粉细化剂对AZ91镁合金的显微组织与力学性能的影响规律。对AZ91合金进行微观组织观察、SEM分析和力学性能测试。结果表明:随着细化剂含量的增加,AZ91合金的晶粒尺寸显著减小。当添加0.5wt%细化剂时,AZ91合金的晶粒尺寸减小到184μm,细化效率达到了67%。当添加0.3wt%细化剂时,AZ91合金的抗拉强度和伸长率达到最高的150MPa和2.1%,相比于未添加细化剂的,其分别提升了28%和50%。C元素与Al元素反应得到了Al_(4)C_(3)相,可以作为AZ91合金的异质形核位点,起到了晶粒细化的作用,并显著提升AZ91合金的力学性能。

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%。

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°。