試議塑性變形對鑄態(tài)AZ80鎂合金材料性能的影響

田愛環(huán)

試議塑性變形對鑄態(tài)AZ80鎂合金材料性能的影響

田愛環(huán)

（山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西太原030006）

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，鎂合金以其優(yōu)越的性能，在各種新型材料中異軍突起，成為材料研究的一大熱門。而塑性變形技術(shù)，對于加強(qiáng)鎂合金的強(qiáng)度和延展性，使其具有更多樣的力學(xué)性能。本文就塑性變形對鑄態(tài)AZ80鎂合金材料性能的影響進(jìn)行了相關(guān)研究。

塑性變形；鑄態(tài)AZ80鎂合金

作為一種優(yōu)質(zhì)的合金材料——鎂合金材料已在汽車、產(chǎn)品及化工等日常制造業(yè)中已得到了廣泛的應(yīng)用。而近年，鎂合金材料的應(yīng)用領(lǐng)域已迅速拓展到了國防尖端領(lǐng)域，以及航天、交通、信息產(chǎn)業(yè)。隨著相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)不斷更新，對于鎂合金材料的要求也越來越高。研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的通過鑄造、半固態(tài)成形等方式加工而成的鎂合金產(chǎn)品相比，采用塑性變形工藝可以使鎂合金材料獲得更高的強(qiáng)度和更佳的延展性，在力學(xué)性能方面，可以適應(yīng)更多樣的應(yīng)用情況。因此，針對鎂合金的塑性變形研究已成為目前世界范圍內(nèi)的技術(shù)開發(fā)目標(biāo)，這項研究對于鎂合金應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)一步拓展具有重要的意義。

1 鎂合金概述

鎂合金是以鎂為基礎(chǔ)原料，通過添加AJ、Zn、Mn、Zr和稀土等元素而形成的新型合金材料。由于其具有較高的強(qiáng)度和延展性，在鋼鐵資源日漸減少的情況下，因其在全球范圍內(nèi)的巨大資源存儲量和環(huán)保、節(jié)能、綜合性能出眾的特性，在多個領(lǐng)域成功取代了鋼鐵材料，成為目前應(yīng)用相當(dāng)廣泛的新型材料之一。同時，由于鎂原材的價格相對較為低廉，世界各國都投入了大量的技術(shù)力量對其在各個領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了開發(fā)研究。

隨著鎂合金技術(shù)的不斷完善，其性能得到進(jìn)一步的提高，應(yīng)用的領(lǐng)域也更廣，這使得市場對鎂合金的需求量也不斷上漲。目前，以鎂合金為代表的新型材料正以每年20%的增長速度快速攻占材料市場，作為一種性能優(yōu)異的綠色工程材料，鎂合金必將繼鐵、鋁之后，成為世界第三大金屬材料。

然而，鎂合金也有其本身的不足之處，如其結(jié)構(gòu)為密排六方晶體結(jié)構(gòu)，滑移系較少，對稱性和塑性差，難以在冷加工的條件下實現(xiàn)有效的壓力加工，這也是鎂合金在應(yīng)用方面受限的主要原因。而針對鎂合金的研究開發(fā)主要也是針對其加工工藝進(jìn)行的不斷改進(jìn)。而塑性變形工藝，在對鑄態(tài)AZ80鎂合金材料性能的影響方面，表現(xiàn)出了較好的效果，是目前針對鎂合金研發(fā)的重要方向。該工藝通過對鎂合金鑄坯使其直接成形，對鎂合金的成形性對產(chǎn)品的性能不會造成較大影響，但在實際運(yùn)用中，還缺乏相關(guān)的參考依據(jù)。本文針對這一問題進(jìn)行了相關(guān)實驗，并對實驗的結(jié)果進(jìn)行了分析。

2 塑性變形對鑄態(tài)AZ80鎂合金材料性能影響的實驗研究

2.1 實驗材料和實驗過程

實驗材料選取了直接澆鑄鑄錠，并對其化學(xué)成分進(jìn)行分析，分析結(jié)果如表1所列。

表1 鑄態(tài)AZ80鎂合金材料成分列表/%

將鎂合金鑄錠在同一圓周上切割成Φ20 mm的圓柱體，并分別要取成長度為9 mm、13.5 mm、20 mm和30mm，4組材料。然后，將這4組材料進(jìn)行分別加熱。采用630 kN四柱液壓機(jī)進(jìn)行壓縮試驗，將壓縮變形溫度設(shè)定在250℃、300℃、350℃、400℃四個位置，并保溫0.5 h.進(jìn)行壓縮時，將4組不同高度的材料全部壓縮到5 mm.根據(jù)相關(guān)公式計算得出其應(yīng)變量分別是0.6、1.0、1.4、1.8.

將壓縮后的試樣先用水磨砂紙，再用拋光機(jī)打磨拋光，直至表面沒有劃痕，在完成干燥后，采用5 m l濃硝酸+95m l酒精組成的腐蝕劑進(jìn)行浸蝕，使其可以在數(shù)碼金相顯微鏡下進(jìn)行微組織的觀察。同時進(jìn)行試樣的硬度測量。實驗采用的硬度計為洛氏硬度計，其壓頭直徑為1.588 mm，載荷100 kg，硬度加載時間控制在30 s.

2.2 實驗結(jié)果分析

（1）應(yīng)變量影響。在400℃溫度下，應(yīng)變量分別為0.6、1.0、1.4、1.8時，鑄態(tài)金的基體晶粒中的孿生數(shù)量隨變形程度的增加而呈現(xiàn)出先增后減的特征，在應(yīng)變量為1.4時，數(shù)量達(dá)到最多。應(yīng)變量最大時變形流線表現(xiàn)最明顯，晶料形狀由圓形沿變形方向延長。

在350℃溫度下，應(yīng)變量分別為0.6、1.0、1.4、1.8時，試樣的各項變化與400℃時基本相同。

（2）溫度影響。在應(yīng)變量為1.4的條件下，試樣在350℃和400℃溫度下在晶粒形狀和大小方面的差異很小。當(dāng)應(yīng)變量為1.8的條件下，溫度對試樣的影響與應(yīng)變量為1.4時基本相同。可見在相同應(yīng)變量下溫度對鎂合金幾乎不產(chǎn)生影響。

（3）變形參數(shù)影響。在350℃溫度下，試樣的硬度呈現(xiàn)出隨應(yīng)變量的加大而增加的特征。在400℃溫度下，試樣硬度則呈現(xiàn)出隨應(yīng)變量的加大而減小的特征，但當(dāng)應(yīng)變量大于1.4時，試樣的硬度又呈現(xiàn)出突然加大的現(xiàn)象。由此可見，溫度越高，鑄態(tài)鎂合金的硬度也隨之增大，但當(dāng)應(yīng)變量超出一定值時，鑄態(tài)鎂合金則呈現(xiàn)出溫度越高硬度越小的特征。

（4）性能比較。在350℃溫度下，鑄態(tài)鎂合金比均勻化態(tài)鎂合金擁有更多的孿晶，并在應(yīng)變量為1.8的情況下，沒有出現(xiàn)流線組織，而均勻化態(tài)鎂合金的晶粒尺寸要大于鑄態(tài)鎂合金。這一現(xiàn)象在400℃溫度情況下沒有發(fā)生改變。

同時，在350℃溫度下且應(yīng)變量小時，鑄態(tài)鎂合金在硬度上不及均勻化態(tài)鎂合金。而當(dāng)應(yīng)變量發(fā)生變化，大于一定值時，鑄態(tài)鎂合金在硬度上出現(xiàn)了明顯大于均勻化態(tài)鎂合金的現(xiàn)象，且這一差值在增大到一定值后開始保持恒定。在400℃溫度下，應(yīng)變量的增加反而使鑄態(tài)鎂合金在硬度上的表現(xiàn)更差于均勻化態(tài)鎂合金，且隨著應(yīng)變量的加大，這個差值也越來越大[1]。

3 結(jié)論

根據(jù)以上實驗，得出以下結(jié)論：

（1）在溫度相同、應(yīng)變量不同的情況下，鑄態(tài)鎂合金孿晶數(shù)量全隨著應(yīng)變量的增加呈現(xiàn)先增后減的現(xiàn)象，流線組織的出現(xiàn)也在大應(yīng)變量情況下表現(xiàn)出來。同時，應(yīng)變量增加會促進(jìn)鑄態(tài)鎂合金的硬度增加。由此可見，當(dāng)溫度相同時，應(yīng)變量的增加對鑄態(tài)鎂合金的硬度影響總體上呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢。

（2）在應(yīng)變量相同、溫度不同的的情況下，鑄態(tài)鎂合金在晶粒細(xì)化方面的表現(xiàn)并不突出。同時，當(dāng)溫度上升時，鑄態(tài)鎂合金的可開動滑移系增多，且出現(xiàn)了一定的回復(fù)現(xiàn)象，以及再結(jié)晶較化表現(xiàn)。由此可見，當(dāng)應(yīng)變量相同時，溫度的增加對鑄態(tài)鎂合金的硬度影響呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢。

（3）在低溫情況下，鑄態(tài)鎂合金同時存在加工硬化和析出強(qiáng)化的特征，其硬度比均勻態(tài)鎂合金大。而在高溫情況下，由于加工硬化和析出強(qiáng)化，以及細(xì)晶強(qiáng)化的綜合影響，鑄態(tài)鎂合金的硬度則表現(xiàn)出小于均勻態(tài)鎂合金的現(xiàn)象。

（4）受實驗條件的限制，本次實驗采用的變形溫度較低，試樣出現(xiàn)的變形機(jī)制主要表現(xiàn)為孿生變形。同時，由于均勻態(tài)鎂合金有更多的孿晶，因此在相同條件下，更容易產(chǎn)生孿生變形。

此次實驗的最終結(jié)果為，當(dāng)溫度在350℃、應(yīng)變量為1.4的情況下，鑄態(tài)AZ80鎂合金可以達(dá)到40 HRB的最高硬度。

[1]王剛，于存龍，張寶紅，等.塑性變形對鑄態(tài)AZ80鎂合金材料組織性能的影響[J].熱加工工藝，2014（06）：33-36.

Effect of Plastic Deformation on Properties ofas Cast AZ80 Magnesium Alloy

TIAN Ai-huai
（Shanxi Polytechic College，Taiyuan Shanxi 030006，China）

With the advancement of science and technology，magnesium alloy has become a hot topic in the material research because of its superior performance and its outstanding performance in various new materials.The plastic deformation technology，for strengthening the strength of magnesium alloy and ductility，it has a more diverse mechanical properties.In this paper，the influence of plastic deformation on the properties of as-cast AZ80 magnesium alloy was studied.

plastic deformation；as-cast AZ80 magnesium alloy

TG146.2

A

1672-545X（2017）02-0194-02

2016-11-04

田愛環(huán)（1975-），女，山西孝義人，研究生，助理講師，研究方向：材料加工工程鎂合金。