AM50镁合金多道次热轧中动态再结晶过程的有限元模拟及实验研究

镁合金AM50A的成形流变学的粘度特性的研究

镁合金AM50A的成形流变学的粘度特性的研究摘要在这项研究中,镁浆料的温度的影响是通过机械搅拌法进行研究的。

浆料中，固相分数线温度用差示扫描量热仪（DSC）进行测量。

浆料经过熔化、冷却及用感应线圈加热到固相线温度。

对于镁合金AM50A，其表观粘度测试表明，这种存在两相区的半固态的温度在620–597°C，fs在 0.3–0.7范围内。

通过测量其在半固态时的粘度和微结构，研究镁合金AM50A的流变行为。

表观粘度通过在连续的冷却速度下使用一种同心圆粘度计进行研究。

粘度的测量通过转矩表示。

当用一种搅拌器使金属连续地冷却了, 用旋转力矩测量器来评定旋转造成的转矩。

结果以指数定律的形式表示出来。

利用温度对应的固体组分和不同的剪切速率来观察机械搅拌后的微观结构。

关键词：半固态；流变学；镁合金；机械搅拌；粘性1．导言由于固相和液相同时存在，半固态的过程允许自由表面有一个比只有液相变形的液态铸造更稳定的流向。

此外，由于气孔含量少和收缩缺陷小，利用半固态能有效地加工出优良的机械性能的产品。

流变性能可用于模具设计和作为计算机辅助工程的模具设计及流变压铸和流变锻造的物理数据。

早在1970年，Joly 和Mehrabian[1]就已经进行过半固态流变性能的研究。

Flemings [2]通过研究Sn–15% Pb 的固相组分和剪切速率对粘度的影响，论证出它们分别是一个指数函数和指数定律的关系。

Hirai [3]认为粘度模型和剪切速率，固相分数，冷却速度是一个函数关系。

Kang 和 Lee [ 4 ]认为材料的粘度方程根据温度和考虑到模具和传热而定。

尽管有这些成果，仍然很需要进一步研究镁合金的微观结构和粘度。

因此,在这项研究中, 利用温度的变化对镁合金AM50A的粘度和微观结构进行研究。

这项研究的成果对模具设计与计算机辅助工程的压铸及锻造流变材料具有意义。

用Cellular Automaton方法模拟压铸镁合金AM50的微观组织

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维普资讯
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用Ｃｌｌｒｕｏｔｎｅｌａｔｍａｏ方法模拟ｕＡ压铸镁合金ＡＯＭ５的微观组织
付振南，许庆彦，熊守美，郭志鹏
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镁合金动态再结晶模拟研究现状及展望

镁合金动态再结晶模拟研究现状及展望目录一、内容描述 (2)1.1 镁合金的重要性 (3)1.2 动态再结晶的研究意义 (4)二、镁合金动态再结晶理论基础 (5)2.1 动态再结晶的定义与特征 (6)2.2 动态再结晶的过程与机制 (7)2.3 影响动态再结晶的因素 (9)三、镁合金动态再结晶模拟研究方法 (9)3.1 计算机模拟技术的发展 (11)3.2 动态再结晶数值模拟的主要方法 (12)3.2.1 模型建立与简化 (14)3.2.2 再结晶过程的数值模拟 (15)3.2.3 经济优化与计算效率提高 (16)四、镁合金动态再结晶实验研究进展 (17)4.1 实验方法与技术 (18)4.2 动态再结晶行为分析 (19)4.3 动态再结晶工艺优化 (20)五、镁合金动态再结晶模拟与实验的对比研究 (21)5.1 结果比较与分析 (22)5.2 相互验证与补充 (23)六、镁合金动态再结晶模拟的挑战与未来展望 (25)6.1 现有研究的局限性 (26)6.2 未来研究方向 (27)6.2.1 提高模拟精度与准确性 (28)6.2.2 深化动态再结晶机理研究 (29)6.2.3 结合实验与模拟进行综合研究 (31)七、结论 (32)一、内容描述随着科学技术的不断发展，镁合金在航空航天、汽车制造、电子器件等领域的应用越来越广泛。

镁合金在高温环境下容易发生动态再结晶现象，导致其力学性能降低，限制了其在实际应用中的推广。

研究镁合金动态再结晶现象及其影响因素具有重要的理论和实际意义。

动态再结晶模型的建立：研究者们通过理论分析和实验验证，建立了多种镁合金动态再结晶模型，如基于相变材料的模型、基于微观结构的模型等。

这些模型可以为实际工程提供理论依据，指导镁合金的设计和优化。

动态再结晶过程的数值模拟：采用有限元法、分子动力学法等数值模拟方法，对镁合金在高温环境下的动态再结晶过程进行了研究。

通过对不同温度、时间、冷却速率等因素的控制，揭示了镁合金动态再结晶过程中的微观结构变化规律。

镁合金的动态再结晶

高低的应变速率给予动态再结晶晶粒足够的时间
形核高的温度则使得晶界扩散速率增加从而动
态再结晶进行的更充分
1.2 镁合金动态再结晶的组织特点
动态再结晶是一个形核与核心长大的过程镁合
金的动态再结晶组织为大小不均且晶内位错密度较低的等轴晶粒如图 2 所示[16] 随着变形量的增大
动态再结晶晶粒变得细小且均匀动态再结晶的晶粒
镁合金中的动态再结晶随塑性变形模式不同而不同动态再结晶的形核机制以及晶粒大小与变形温度变形速度变形程度以及原始晶粒组织密切相关本文作者介绍了各种因素对镁合金动态再结晶的影响以及镁合金动态再结晶的形核机制
1 镁合金动态再结晶的特点
动态再结晶和静态再结晶一样也是形核与长大的过程相对于面心立方结构金属来说镁合金更容易发生动态再结晶这是由于镁合金为密排六方结构滑移系非常有限并且镁及镁合金的层错
由于镁合金室温塑性变形能力较差镁合金的应用受到很大限制如何改善镁合金的塑性已成为人们关注的重点由 Hall–Petch 公式可知通过细化晶粒可以提高镁合金的力学性能并且越来越多的研究表明晶粒细化可以提高镁合金的塑性当晶粒尺寸小于 10 μm 时镁合金具有良好的超塑性能[1~6] 动态再结晶作为一种有效的软化和晶粒细化机制对控制镁合金的变形组织改善镁合金的塑性变形能力以及提高材料的力学性能具有重要的意义[7~11]
b T=370
200m
3300 μm c T=415
115500 μm
万方数据
150 μmm
图图33 AAZ9Z19镁1 镁合合金挤金压挤组压织组织
a 335
b 370
c 415
(a)335 (b)370 (c)415

关于AM50镁合金组织和合金相的研究

合金和化合物杂志关于AM50镁合金组织和合金相的研究摘要不同状态的AM50镁合金（从铸造到固溶体和时效处理）的微观结构及合金阶段的综合研究，已经出现在了现有的论文中。

Al–Mn 相和它们对合金的电化学性能的影响受到了特别的关注。

结果显示Al–Mn合金相是铸态、固溶处理和时效处理后AM50镁合金中的主要合金相。

它们非常耐高温，几乎保持不变的形态、分布及数量。

当固溶处理温度达到410◦C，大多数Mg17Al12相在铸态合金中可能会减少，而且它在时效处理时沉淀为增强相。

根据的微观结构和相应的显微硬度分析，人们认为AM50 的强化机制可能不限于沉淀增强；例如底部构造和重新分布的合金元素的一些其他因素也可能会发挥关键作用。

电化学实验进一步表明Al–Mn相不利于抵抗正在考虑中的合金的腐蚀，尤其是当富铝α-Mg和Mg17Al12相的消除。

1．简介镁及镁合金的极具吸引力的力学性能提高了许多技术的应用，特别是在汽车工业中的使用。

在各种商业镁合金中，由于AM系列镁合金足够的强度、良好的铸造性能和耐腐蚀性能，因此它们是最广泛使用的。

然而，AM 系列合金的全球研究主要重点在于铸造技术、成形性和其在该行业中的应用。

基本的工作，例如微观结构、合金相，以及对它们的热处理影响极为少见。

与此同时，AM 系列合金属于Mg–Al 系，通常会添加锰来减少对铁的耐腐蚀的有害影响。

锰的少量加入会通过Al–(Fe,Mn) 粒子的形成减少熔炼体中铁的浓度，其中一些沉淀在坩埚底部，其它的在凝固过程中嵌入铸件。

据报道，这种粒子的大小通常范围从0.1 到30μm，他们的形态似乎形成十字架、针、花和短角块状结构；这些粒子的可能的合金相是Al6Mn，Al4Mn，Al8Mn5和铁浓度很少或没有铁浓度的AlMn。

最近的研究显示Al–Mn 的不同相有不同的输出电流密度，因此对Mg–Al 系列合金的腐蚀性有不同的效果。

富铝粒子像Al6Mn和Al4Mn显示较低输出电流密度，而那些像Al8Mn5和AlMn含锰浓度高显示出了相当高的输出电流密度。

镁合金高温变形时动态再结晶机理的研究

镁合金在高温变形时动态再结晶的研究T.Al-Samman ，G. Gottstein（亚琛工业大学金属学与金属物理研究所德国亚琛52056）摘要：由于激活镁合金的非基面滑移系需要有很大的临界应力，因此动态再结晶在镁合金的变形过程起到了重要的作用，特别地，我们观测了镁合金的变形温度在200℃时从脆性到韧性转变的行为。

本文通过对商业用AZ31镁合金在不同温度和应变速率下挤压加工后再进行单轴向压缩试验，进而研究不同变形条件对镁合金动态再结晶和组织转变的影响。

此外，还分析了镁合金初始状态的组织结构对其动态再结晶晶粒尺寸的影响。

在较大应变情况下测得的再结晶晶粒尺寸与合金的变形条件的关系相对初始组织结构而言更为紧密。

AZ31镁合金变形不同于纯镁，它的变形随温度升高它的晶粒没有明显长大。

例如，400℃时，它的应变速率只有10-4s-1，在特定的变形条件下使得完全再结晶的微观组织中的平均晶粒尺寸仅有18μm，并且这些织构随机分布。

本文研究的试样在200℃/10-2s-1条件下变形，利用光学显微镜观察了动态再结晶里面的孪晶组织，还利用EBSD（电子背散射衍射）对此做了更进一步的研究。

关键词：DXR、孪生、机理、变形、流动行为、EBSD1 介绍在高温下镁合金出现了更多的滑移系，使得它的可加工性能大幅提升。

例如，通过加热非基面滑移和<c+a>面滑移能够有效的进行。

这样就使得材料的成形性能更加优良，并且使板材通过热轧生产成为了可能。

在热成型时材料很容易发生再结晶。

例如，动态再结晶影响晶体结构使材料呈现出各向异性。

因此，对在热加工条件下再结晶过程中结构形成机理的研究是很重要的，因为大多数商业用镁合金都将采用这种方法来制造成半成品的，从而进一步加工的。

众所周知，再结晶过程包括形核、晶粒长大一直到此过程完成。

镁及其合金的动态再结晶机理已经有一些报道。

这些结晶机制根据自然结晶过程可以分成两类：连续和不连续再结晶。

连续动态再结晶是一个回复过程，它是通过不断地吸收那些最终将导致形成大角度晶界的亚晶界的位错，从而形成新的晶粒[1]。

AM50镁合金压铸件致密性与压铸工艺研究

摘要：压铸件的致密性是评价其质量的重要指标，通常用密度来衡量。以Ａ０Ｍ５压铸镁合金为研究对象，采用多因素
分析法设计了阶梯块试样和压铸工艺参数。通过压铸试验和压铸件的密度测定，分析了压铸工艺参数对铸件密度的影响规律，获得致密度高的压铸件工艺参数为：浇注温度６０℃ 、模具温度１０℃、铸造压力４ａ５８４ＭＰ、低速速度０２／、，ｍｓ５高速速度３ｓ、高速位置２０ｍｍ／３ｍ、增压位置２０８ｍｍ、增压时间２、料饼厚度３０ｍｓ０ｍｍ。研究还表明，不同厚度阶梯块
ｃｓｉｇｓｕｄｅｓａｅａｏｌｗｓ：ｐｕｉｇｔｍｐｒｔｒ５ ℃ ，ｄｅｔｍｐｒｔｒ８ ℃ 。ｃｓｉｇａｔｏｎｎｓｒｓｆＩｎｏｏｒｅｎｅａｕｅ６０ｉｅｅａｕｅ１０ａｔｎｐｅｓｒ４ＭＰａｓｏｓｏｐｅ、５ｍ／，ａｔｓｏｐｅｓｆｓｈｔｓｅｄｐｓｔｎ２０ｍｍ。ｒｓｕｅ４，ｌｗｈｔｅｄ０２ｓｆｓｈｔｅｄ３ｍ／，ａｔｏｐｅｏｉｏ３ｓｓｓｉｐｅｓｒｔｓｆａｉｎｐｓｔｎ２０ｍｍｎｉｅ２ｎｉｃｉｔｉｋｅｓ３ｍ．ｅｒｓｌｌｏｒｓｕｅｊｅｎｉｃｔｏｉｏ８ｎｉｏｉａｄｔｍ０ｍｓａｄｂｓｕｔｈｃｎｓ０ｍＴｈｕｔａｓｅｓ
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纯镁温轧与冷拉拔中的动态再结晶、织构及性能的研究

纯镁温轧与冷拉拔中的动态再结晶、织构及性能的研究纯镁的强度低、室温塑性差，一般不用为结构材料使用，但做为功能材料其却有着广泛的应用。

纯镁可用于特种通讯电缆、电磁防护网、纯镁电池、心血管支架以及包装用纯镁箔等方面。

迄今为止，有关纯镁塑性加工及塑性变形方面的研究和报导很少，且不系统，特别是大塑性变形的研究领域几乎为空白，做为镁合金塑性变形研究的基础，纯镁塑性变形研究具有重要的学术价值。

因此本文纯镁温轧与冷拉拔的研究对填补纯镁大塑性变形研究和指导镁及镁合金塑性加工有着重要的现实意义。

采用温轧工艺对纯镁的温变形进行研究。

通过控制轧制变形程度和轧制温度获得了不同组织及织构的纯镁薄板，详尽地分析了轧制温度和变形程度对轧制纯镁薄板晶粒大小、织构、力学性能以及动态再结晶的影响，并对它们之间的相互关系进行了具体的分析。

本课题中纯镁在低温下成功实现了道次变形程度80%的大塑性变形轧制，且不开裂。

温轧变形以后，纯镁薄板的屈服强度、抗拉强度和延伸率可由铸态的40MPa、110MPa和4%，提高到轧向为152MPa、196MPa和7.5%，横向为198MPa、261MPa和11%，这已优于了AM系镁合金的性能。

由于温轧纯镁薄板存在着明显的织构各向异性和较大的晶粒尺寸，使得其表现出明显的力学性能各向异性，本文就温轧纯镁薄板组织形貌、织构各向异性和晶粒尺寸对力学性能及其各向异性的影响作了具体的讨论。

通过实验结果可知合适的道次变形量、充分的动态再结晶和细小的晶粒是控制薄板各向异性的最优途径。

最终基于大量实验数据的基础上，建立了纯镁变形程度、轧制温度与晶粒尺寸以及再结晶比例之间关系的动态再结晶全图。

采用热拉拔加工方法由直径为Φ10mm的热挤压纯镁棒材获得了直径为Φ2mm的线材。

Φ2mm热拉纯镁线材经230℃、30min退火后，其屈服强度和抗拉强度分别为154MPa和231MPa，延伸率为14.2%。

对退火后的Φ2mm纯镁线材进行连续冷拉拔，以便对纯镁的冷塑性变形进行研究。