az31镁合金
AZ31镁合金组织性能的影响分析
摘要挤压变形AZ31镁合金组织以绝热剪切条纹和细小的α再结晶等轴晶为基本特征。
挤压变形可显著地细化镁合金晶粒并提高镁合金的力学性能。
随挤压比的增大,晶粒细化程度增加,晶粒尺寸由铸态的d400μm减小到挤压态的d12μm(min);强度、硬度随挤压比的增大而增大,延伸率在挤压比大于16时呈单调减的趋势。
轧制变形使板材晶粒明显细化,硬度提高。
AZ31合金中添加Ce,其铸态组织中能够形成棒状Al4Ce相,并能改善合金退火态组织和力学性能;添加Ce可以改善AZ31的综合力学性能。
关键词:AZ31变形镁合金;强化机制；组织；性能绪论20世纪90年代以来,作为最轻金属结构材料的镁合金的用量急剧增长,在交通、计算机、通讯、消费类电子产品、国防军工等诸多领域的应用前景极为广阔,被誉为“21世纪绿色工程材料”,许多发达国家已将镁合金列为研究开发的重点。
大多数镁合金产品主要是通过铸造生产方式获得,变形镁合金产品则较少。
但与铸造镁合金产品相比,变形镁合金产品消除了铸造缺陷,组织细密,综合力学性能大大提高,同时生产成本更低,是未来空中运输、陆上交通和军工领域的重要结构材料。
目前，AZ31镁合金的应用十分广泛,尤其用于制作3C产品外壳、汽车车身外覆盖件等冲压产品的前景被看好,正成为结构镁合金材料领域的研究热点而受到广泛重视。
第1章挤压变形对AZ31镁合金组织和性能的影响1.1 挤压变形组织特征及挤压比的影响作用图1-1为动态挤压变形过程中的组织变化。
动态变形过程大致分为3个区域:初始区、变形区和稳态区，分别对应着不同的组织。
图1-1a为初始区挤压变形前的铸态棒料组织。
由粗大的α-Mg树枝晶和分布其间的α-Mg+Mg17Al12共晶体组成,枝晶形态十分发达，具有典型的铸造组织特征。
晶粒尺寸为112~400μm。
图1-1b为变形区近稳态区组织。
图中存在大量无序流线,流线弯曲度大、方向不定且长短不一，显然这种组织特征是在挤压力作用下破碎的树枝晶晶臂(α固溶体)发生滑移、转动的结果。
AZ31镁合金静态再结晶过程及机理的研究
AZ31镁合金静态再结晶过程及机理的研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：陈建指导教师：刘天模教授专业：材料科学与工程学科门类：工学重庆大学材料科学与工程学院二O一二年十月Study on Static Recrystallization Process and Mechanism of AZ31 Magnesium AlloyA Thesis Submitted to Chongqing Universityin Partial Fulfillment of the Requirement for theMaster’s Degree of EngineeringByJian ChenSupervised by Prof. Tianmo LiuSpecialty:Material Science and EngineeringCollege of Material Science and Engineering ofChongqing University, Chongqing, ChinaOctober 2012摘要镁合金因其优越的物理性能如密度小，比强度高等，在工业上尤其是汽车和航天航空领域越来越受到重视。
但是由于其密排六方晶体结构室温下滑移系较少且不容易开动，导致了了它的延展性和冷加工性能比较差而限制了它的应用。
因此为了得到复杂的镁合金零件，我们通常使用铸造的方法，但是铸件存在夹杂、成分偏析等难以克服的缺点。
而焊接方法通过将简单的部件组装成复杂件因而丰富了镁合金的应用，但是如何提高焊接件的可靠性又是一个难题。
在镁合金产品加工成型过程中，再结晶过程能既能软化金属、提高其组织均匀性又能控制金属晶粒尺寸因而有重要作用。
而本文对再结晶的研究分为理论和应用两个部分。
论文首先研究了孪晶界对镁合金静态再结晶过程的影响，我们将铸态AZ31镁合金进行4%、8%和12%的压缩和锻造后，再在200和300℃下进行了不同时间的退火保温实验，然后通过金相、XRD和EBSD等实验手段比较了不同变形方式和变形量对孪生的影响以及不同退火保温条件下再结晶现象的差异，最后着重研究了不同的孪晶界对镁合金静态再结晶影响并探讨了其形核与长大的机制。
az31镁合金在高温拉伸中的动态再结晶行为 金属所
az31镁合金在高温拉伸中的动态再结晶行为金属所az31镁合金在高温拉伸中的动态再结晶行为[序号一] 引言az31镁合金是一种常见的镁合金材料，具有低密度、高比强度和良好的抗腐蚀性能，因而在航空航天、汽车制造等领域得到了广泛应用。
然而，在高温条件下，az31镁合金的力学性能容易发生变化，尤其是在高温拉伸过程中，动态再结晶行为对材料的性能具有重要影响。
[序号二] az31镁合金的高温拉伸性能及动态再结晶行为在高温拉伸过程中，az31镁合金的晶粒会出现较大程度的变形和织构演变，同时还会发生动态再结晶现象。
这种动态再结晶行为对材料的力学性能和微观组织特征都会产生显著影响。
研究表明，在高温拉伸条件下，az31镁合金的晶粒尺寸会发生显著变化，少量低角度晶界和次晶粒将会形成，这对材料的强度和塑性均产生重要影响。
[序号三] 动态再结晶行为对材料性能的影响动态再结晶行为对az31镁合金的力学性能产生的影响是复杂的。
动态再结晶有助于减轻材料的织构，提高材料的延展性和韧性；另动态再结晶还可能引起材料中局部组织特征的变化，降低其强度和耐磨性。
对az31镁合金在高温拉伸中的动态再结晶行为进行深入研究，有助于更好地理解和控制该材料的力学性能。
[序号四] 我的观点和理解在我看来，az31镁合金在高温拉伸中的动态再结晶行为是一个复杂而值得深入研究的课题。
通过对其动态再结晶行为进行深入了解，可以为其力学性能的调控和优化提供重要参考。
我相信随着科研水平的提高和技术手段的不断完善，对az31镁合金在高温拉伸中动态再结晶行为的研究将会取得更加丰硕的成果，为该材料在工程领域的应用带来更大的发展空间。
[序号五] 总结az31镁合金在高温拉伸中的动态再结晶行为是一个复杂而值得深入研究的课题。
了解其动态再结晶行为对于优化材料的力学性能具有重要意义，也有助于推动该材料在航空航天、汽车制造等领域的应用。
我对这一课题的研究充满信心，相信在不久的将来必将取得更加显著的成果。
az31镁合金成分
镁（Magnesium，Mg）：镁是AZ31合金的主要成分，其含量通常在90%以上。镁具有低密度、高比强度和优良的机械性能，在航空航天、汽车工业和电子行业等领域得到广泛应用。
铝பைடு நூலகம்Aluminum，Al）：铝是AZ31合金的次要合金元素之一，其含量通常在2.5-3.5%之间。铝的添加可以提高合金的强度和耐腐蚀性能。
AZ31镁合金具有良好的加工性能、较高的强度和优良的耐腐蚀性能，常用于汽车零部件、航空航天设备、电子设备和医疗器械等领域。同时，镁合金的可回收性也使其成为一种环保的材料选择。
锌（Zinc，Zn）：锌是AZ31合金的另一个次要合金元素，其含量通常在0.6-1.4%之间。锌的添加可以提高合金的强度和耐蚀性能。
除了上述主要成分外，AZ31合金中还可能含有少量的其他杂质元素，如锰（Manganese，Mn）、铝锰（Aluminum-manganese，Al-Mn）等。这些杂质元素的含量通常较低，对合金的性能影响较小。
AZ31镁合金挤压温度及工艺
挤压温度
(1)锭坯温度是挤压变形时的最重要的参数,它不但影响挤压过程的进
行,还影响成品率,产品的质量以及组织和力学性,理论上可根据合金的相图、塑性图和在结晶图来确定锭坯的温度.低于合金固相线而高于在结晶温度.
(2)锭坯的加热温度主要取决于合金的种类和挤压件的形状,一般在
300℃—450℃时进行挤压.挤压件形状复杂时，锭坯可选用较高的加热温度。
如果锭坯温度过高或挤压过程锭坯温升过大，容易导致挤压件产生热裂。
模具预热温度
镁合金的变形温度范围较窄，与冷模接触时即易产生裂纹。
坯料降温过快降低材料的流动性能。
由于坯料与模具的接触面积较大，变形时间较长，所以模具的加热温度一般要低于坯料的温度。
挤压筒、垫片、模具的温度一般为275℃—425℃。
az31镁合金的变形织构和协调变形机理
AZ31镁合金的变形织构和协调变形机理一、AZ31镁合金的变形织构AZ31镁合金是一种高性能的镁合金，具有良好的可塑性和延展性，可以用于制作各种结构件。
它的变形织构是由许多主要和次要的变形织构组成的，它们经过变形后可以形成复杂的织构。
1. 主要变形织构AZ31镁合金的主要变形织构主要包括晶粒变形、滑移变形和脱钙变形。
晶粒变形是由晶界移动而形成的，晶界可以在组织中移动，形成新的晶界，从而形成新的织构。
滑移变形是由晶粒内部滑移而形成的，它可以在晶粒内部形成新的织构。
脱钙变形是由钙原子从晶粒中沉积而形成的，它可以形成新的织构。
2. 次要变形织构AZ31镁合金的次要变形织构主要包括滑移变形、拉伸变形、压缩变形和拉伸变形。
滑移变形是由晶粒内部滑移而形成的，它可以在晶粒内部形成新的织构。
拉伸变形是由晶粒外部的力作用而形成的，它可以在晶粒外部形成新的织构。
压缩变形是由晶粒内部的压力作用而形成的，它可以在晶粒内部形成新的织构。
拉伸变形是由晶粒内部的拉伸力作用而形成的，它可以在晶粒内部形成新的织构。
二、AZ31镁合金的协调变形机理AZ31镁合金的协调变形机理是由多种变形机理协同作用而形成的，它们可以有效地改善AZ31镁合金的力学性能。
1. 晶粒变形机理晶粒变形机理是由晶界移动而形成的，晶界可以在组织中移动，形成新的晶界，从而形成新的织构。
晶粒变形机理可以有效地增强AZ31镁合金的变形织构，从而提高材料的强度和延展性。
2. 滑移变形机理滑移变形机理是由晶粒内部滑移而形成的，它可以在晶粒内部形成新的织构。
滑移变形机理可以改善AZ31镁合金的变形性能，增加材料的可塑性和延展性。
3. 脱钙变形机理脱钙变形机理是由钙原子从晶粒中沉积而形成的，它可以形成新的织构。
脱钙变形机理可以改善AZ31镁合金的变形性能，增加材料的可塑性和延展性。
三、结论AZ31镁合金的变形织构由主要变形织构和次要变形织构组成，它们经过变形后可以形成复杂的织构。
AZ31镁合金的研究进展
重庆大学学报 （ 自然科学版） JOurnaI Of ChOngging University （ NaturaI Science EditiOn）
NOv. 2006 VOI. 29 NO. ll
文章编号： l000 - 582X （ 2006 ） ll - 008l - 04
AZ3l 镁合金的研究进展
［ 11 ， 20 ］ Mg - AI 系镁合金熔体中， 发生下列反应 ： MgCO3 = MgO + CO2 ， 2Mg + CO2 = 2MgO + C， 3C + 4AI = AI4 C3 . C 与 AI 生成大量弥散分布的 AI4 C3 ， AI4 C3 是高熔 ［ 19 ］
［ 8］ 组织为 ! （ Mg） + " （ Mgl7 AIl2 ） .
提高铸件强度 . 但 AI 可改善压铸件的可铸造性，
［ 9］ 是 Mgl7 AIl2 在晶界上析出会降低其抗蠕变性能 .
当含 AI 量 小 于 l0% 时， 随 着 含 AI 量 增 加， Mg - AI合金的抗拉强度提高， 伸长率则随着含 AI 量 增加先是提高然后下降 . AI 提高 Mg - AI 合金的强度 的原因是 AI 在 Mg 中的固溶强化作用及时效强化作 当 用 . 由于 AI 在 Mg 中的溶解度随温度降低而下降， 合金凝固或时效处理时， 过饱和固溶体中析出弥散、 平 （ Mgl7 AIl2 ） 强化相， 提高 Mg - AI 合金的强度 . " 衡的 "
Mpa 伸长率 /% 14 ~ 17 12
［ 6］ 性能，而且价格较低，因此是最常用的合金之一 ，
AZ31 镁合金的典型室温力学性能如表 2 所示 . AZ31 镁合金主要通过轧制、 挤压和锻造等变形方式加工成 形， 制成各类棒、 杆、 型材和管材 .
变形镁合金AZ31的织构演变与力学性能共3篇
变形镁合金AZ31的织构演变与力学性能共3篇变形镁合金AZ31的织构演变与力学性能1变形镁合金AZ31是一种广泛应用于航空、汽车、电子、医疗等领域的轻金属材料。
其具有轻质、高比强度、高耐腐蚀性等突出特点，逐渐成为各个领域中的热门材料。
然而，AZ31合金在加工过程中存在明显的异方性，其机械性能受到材料的组织结构影响较大。
因此，对于AZ31合金织构演变对力学性能的影响进行深入研究，有助于提高这种合金材料的使用性能。
AZ31合金的织构演变与力学性能1. AZ31合金的结构特点AZ31合金属于Mg-Al-Zn系列，由镁、铝、锌组成，其中镁含量最高，达到90%以上。
该合金的强度和塑性取决于其织构和显微结构。
AZ31合金虽然密度较低，但其非球形晶粒结构导致其劣异性强，机械性能较差。
而AZ31合金加工过程中的塑性变形，会导致晶体的取向趋向于某些方向，进而改变其结构和性能。
2. AZ31合金的织构演变材料的织构是指其晶体结构的方向取向分布情况。
AZ31合金材料经过加工后，其晶体取向会出现明显的变化。
织构演变主要表现为以下几个方面：(1) 轧制织构AZ31合金在轧制过程中，由于强制变形而出现滑移活动和晶胞旋转，引起晶体取向转移。
随着轧制次数的增加，合金的织构也发生了显著变化。
初始材料晶粒的织构为强烈的(0001)取向，随着轧制次数的增加，晶胞几乎沿着轧制方向旋转。
在轧制后5次，(0001)织构逐渐消失，取向随机化趋势增强。
(2) 拉伸织构AZ31合金在拉伸过程中，晶粒沿着应力方向伸展。
拉伸应变随机化使得AZ31合金中的(0001)取向被破坏，取向随机性增强。
此外，拉伸过程中晶粒的滑移和旋转也会影响其织构。
(3) 桶形拉伸织构桶形拉伸是一种在不一致模式下进行的拉伸，能够产生高度逆变形，有利于产生组织细化和显着的织构改善。
桶形拉伸后，(0001)取向分布更为均匀，且滞后角度明显减小。
3.织构演变对AZ31合金力学性能的影响材料的力学性能受到其组织结构的影响。
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2.2 刚粘塑性有限元法基本力学方程
刚粘塑性有限元法一般是从刚粘塑性材料的变分原理或上限定理出发，按有限元模式把能耗率泛函表示为节点速度的非线性函数，利用数学上的最优化理论获得满足极值条件的最优解，即总能耗率取最小值的动可容速度场，进一步利用塑性力学的基本方程求出变形速度场、应力场、应变场以及其他变形参数。
与弹塑性/弹粘塑性方法相比，这类有限元法在求解过程没有应力的累积误差，也不存在单元的逐步屈服问题，因而具有计算工作量小、精度高的优点，是求解超塑成形等大变形问题进而实现数值模拟的一种有效方法[42-44]。
金属塑性变形过程复杂，在对成形过程进行有限元数值模拟时必须做出必要的假设和近似，以便于简化数学处理过程，提高计算效率[45]。
采用刚塑性/刚粘塑性有限元法分析大变形问题时，通常对材料的变形特点和物理性能作如下假设：
(1)材料弹性变形可忽略不计；
(2) 材料体积不可压缩，变形过程体积不变；
(3) 材料均质且各向同性；
(4) 不计体积力和惯性力；
(5) 材料变形流动符合 Levy-Mises 屈服条件。
所以可近似认 n=0，则流动状态方程为：
εκ
σm
= (2-1)
式中：K 为与材料有关的常数；m 为应变速率敏感性指数。
本构方程中系数由单向拉伸实验得到。
刚粘塑性材料发生塑性变形时，必须满足以下塑性力学的基本方程:
(1) 平衡方程
0,=σj ij (2-2)
几何方程
()u u i j j i ij ,,21
+=ε (2-3)
（3） 体积不可压缩方程
0==δεενij ij (2-4)
(4) 屈服准则
23'
'=σσσij
ij (2-5)
式中：σ 为等效应力。
对于刚塑性材料有：
）（εσσ= (2-6)
对于刚粘塑性材料有：
),(εεσσ= (2-7)
（5）Levy-Mises 关系
'=σε
λij ij (2-8) σελ 23= (2-9) 式中：ε 为等效应变速率，且 εεε ij ij 3
2=
(6) 边界条件 边界条件为力边界条件和速度边界条件，在力面S F 上的应力边界条件为：
F n i j ij =σ (2-10)
在速度面上的速度边界条件为：
u u i i = (2-11)。