作者：李英杰 张秀芝 陈立佳 李峰 摘 要:文章通过在不同温度和不同应变速率条件下进行拉伸实验,研究了实验温度和应变速率对经不同道次和路径等通道转角挤压的Mg-Zn-Nd合金超塑变形行为的影响。流变应力与应变速率结果表明,经过4道次C等通道转角挤压后Mg-Zn-Nd镁合金的延伸率最好;流变应力与实验温度的关系则表明,经过等通道转角挤压后Mg-Zn-Nd镁合金的超塑变形机制应为晶界扩散控制的晶界滑移。
关键词:等通道转角挤压;实验;镁合金
Abstract: In this paper, the influence of temperature and strain rate on the superplastic deformation behaviors of the ECAPed Mg-Zn-Nd alloy has been investigated by performing tensile tests at different temperatures and strain rates. It is showed that After 4 passes of ECAP by route C, the elongation of Mg-Zn-Nd alloy reached 381.8% at 300℃, indicating that the ECAPed Mg-Zn-Nd alloy exhibited a good superplasticity. The curves of stress vs. temperature indicate that for the Mg-Zn-Nd alloy processed by ECAP, the dominant mechanism during superplastic deformation is grain boundary sliding controlled by grain boundary diffusion, whereas the nucleation,growth and coalition of cavities take effect as an important accommodating mechanism.
Key words: channel corner extrusions;experiment;magnesium alloy
ECAP技术作为超细晶金属和合金的制造技术已经引起人们的普遍关注。目前利用该技术已在铜、铝、镁、镍、铁等多种合金中获得了超细晶粒组织,证实了它是一种创新的、有效的晶粒细化方法。晶粒细化不仅可提高合金的力学性能,而且可降低脆性-韧性转变温度,甚至实现低温或高应变速率超塑性,从而提高合金的室温成形性能,这对合金的超塑性成形具有重要意义。
1 实验材料及方法
1.1实验材料
本实验所采用材料为Mg-Zn-Nd稀土镁合金,其中Zn含量为1wt%,Nd含量为2wt%。挤压变形Mg-Zn-Nd合金是通过将稀土镁合金铸锭在温度为230℃,挤压比为35∶1,出口速率2.5 m/min的条件下,进行热挤压得到的。
1.2 镁合金的等通道转角挤压
利用通道交角为90°(90°时试样在挤压过程中所受剪切力最大)、通道直径为14 mm的等通道转角挤压模具及电子万能挤压机对镁合金进行1~4道次的等通道转角挤压,采用的挤压路径分别为A、BC和C。
1.3 等通道转角挤压镁合金的超塑性拉伸实验
为了研究挤压路径、试验温度和应变速率对经过各道次ECAP处理的稀土镁合金超塑性行为的影响,在CSS-55100型电子万能试验机上进行超塑性拉伸试验(试样尺寸见图1)。试验采用位移控制模式,试验温度范围在200℃~300℃之间,初始应变速率范围在1×10-4s-1~5×10-3s-1之间。
1.4 应变速率敏感系数和塑性流变激活能的确定
本试验采用多试样恒速拉伸法确定应变速率敏感系数,即将一系列试样在同一温度下以不同的恒速拉伸至稳态变形,做出每一试样的真应力-真应变关系曲线。然后,在等应变处选取流变应力值,根据式
2 实验结果与分析
2.1 等通道转角挤压的Mg-Zn-Nd合金的拉伸试验
如图2所示为经过不同道次和路径等通道转角挤压的Mg-Zn-Nd合金在1×10-4s-1的应变速率和不同实验温度下的伸长率。由图可见,当温度在300℃时,伸长率都有极大的提高。在200℃时,经等通道转角挤压后1道次伸长率仅为63.87%;2道次伸长率在75.1%~79.8%;4道次伸长率在96.3%～105.7%。在250℃时,经等通道转角挤压后1道次伸长率仅为86.41%;2道次伸长率在93.2%~117.8%;4道次伸长率在120.9%～129.5%。在300℃时,经等通道转角挤压后1道次伸长率仅为282.9%;2道次伸长率在296.3%~316.3%;4道次伸长率在337.8%～381.8%。
2.2 等通道转角挤压Mg-Zn-Nd合金的塑性流变激活能
在应变速率为1×10-4s-1的条件下,以真应变为0.15时的真应力作为流变应力所得到的Mg-Zn-Nd合金4道次的流变应力与温度关系曲线分别见图3、图4和图5。根据式(4),可以计算出Mg-Zn-Nd合金在1×10-4s-1的应变速率下的塑性流变激活能,分别为186.15 kJ/mol、165.77 kJ/mol和111.08 kJ/mol。一般地,对于镁合金而言,其晶界扩散激活能为92 kJ/mol。显然,经过4道次3种不同路径ECAP处理的Mg-Zn-Nd镁合金的塑性流变激活能比晶界扩散激活能大,这说明ECAP处理的Mg-Zn-Nd镁合金的超塑变形机制应为晶界扩散控制的晶界滑移。
3 结论
(1)分析流变应力与应变速率的关系可以得出,经过等通道转角挤压后Mg-Zn-Nd镁合金的4道次C的伸长率最好。
(2)流变应力与实验温度关系得出,经过等通道转角挤压后Mg-Zn-Nd镁合金的超塑变形机制应为晶界扩散控制的晶界滑移。
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