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安徽工业大学毕业设计（论文）报告纸共2页第1页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊AZ91镁合金变形过程中再结晶组织的特征分析材料科学与工程专业倪莉（079024192）指导老师：丁汉林副教授摘要本文以AZ91D镁合金热压缩变形过程的元胞自动机模拟为基础，研究了AZ91D合金热压缩过程中动态再结晶组织的演变特征，重点考察了变形条件对其组织特征和拓扑学特征的影响规律。研究结果表明：动态再结晶的晶粒优先在原始晶粒的晶界处形成，而且随着变形量的增加，新晶粒形核数目逐渐增多，基体组织明显细化，直至原始晶粒完全被细小的再结晶晶粒所代替；动态再结晶的晶粒尺寸分布基本符合Weibull分布，且在应变量大时，其数据拟合的结果最优，而Louat函数、Log-normal函数所得到的拟合曲线与模拟得到的结果偏差较大。对晶粒边数分布的研究可得，边数最大频率随着变形速率和变形温度的增大由n=3向右移，当动态再结晶完全时，边数n=5时得到最大频率。对比不同变形条件下模拟组织的统计分析结果可发现：一般平均再结晶晶粒尺寸随着应变量的增大先增大后减小；随着应变速率的增加，动态再结晶的形核受到限制，但是相同应变量下的平均再结晶晶粒尺寸随之减小；温度升高可促进动态再结晶的形核，且在相同应变量下的平均再结晶晶粒尺寸越大。关键词：AZ91D镁合金；动态再结晶；组织特征；拓扑学分析安徽工业大学毕业设计（论文）报告纸共2页第2页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊TopologicalanalysisofDRXedmicrostructureofAZ91DmagnesiumalloyduringhotdeformationAbstractBasedontheCellularAutomata(CA)simulationofthehotcompressionofAZ91Dmagnesiumalloy,thedynamicallyrecrystallized(DRX)microstructureevolutionduringthehotdeformationoftheinvestigatedalloywasstudiedinthispaper.Especially,theeffectsofthedeformationconditionsonthemicrostructurecharacteristicsandthetopologicalfeatureswerediscussedindetail.Thefollowingconclusionscanbeobtainedfromthepresentresearchresults.TheDRXedgrainswereinclinedtonucleateinthegrainboundariesoftheprimarygrains.Withtheincreaseofthestrain,moreandmorenewlyDRXedgrainsnucleated,resultingintheformationofthenecklace-likemicrostructures.Simultaneously,theprimarygrainsweregraduallyexhausteduntilanequaxiedandfineDRXedmicrostructurewasobtained.ThedistributionofthegrainsizeintheDRXedmicrostructuresaccordswithWeibulldistributionmuchbetterthanLouatfunctionandLog-normalfunction.WhilethefittingcurvesofLouatfunctionandLog-normalfunctiondeviatefromthesimulatedresults;fromtheresearchresultsofgrainside,wecangetthat,withtheincreaseofdeformationrateanddeformationtemperature,themaximumfrequencyofgrainsidemovefromn=3toitsright.Andwhenthedynamicrecrystallizationiscomplete,themaximumfrequencyappearsatthepointn=5.Comparingstatisticalanalysisresultsofsimulatedorganizationunderdifferentdeformationcondition,itcanbefoundthat:generallywiththeincreaseofdeformationdegree,theaveragesizeofDRXedgrainsincreasesslowlytoapeakvalueandthendecreasestoasteadyvalue.Alongwiththeincreaseofdeformationrate,thedynamicrecrystallizationnucleationisrestricted,buttheaveragenumberofDRXedgrainsizewhichunderthesamedeformationdegreedecreasesaccordingly.HightemperaturecanpromoteDRXedgrainnucleatedandwiththeincreaseoftemperature,theaveragenumberofDRXedgrainsidewhichunderthesamedeformationdegreebecomelarge.KeyWords：AZ91Dmagnesiumalloy;dynamicrecrystallization;thecharacteroforganization;thecharacteroftopology安徽工业大学毕业设计（论文）报告纸共68页第1页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊引言利用AZ91D镁合金在热压缩过程中发生的动态再结晶细化晶粒，能够有效改善其塑性成形性能和力学性能。然而，由于实验方法的局限性，合金在热压缩过程中的组织演变、动态再结晶等现象的动态观测基本上没有可行性，设计条件下的断点控制和分析也具有非常大的难度。动态再结晶拓扑学特征对研究变形过程、分析组织转变及控制稳态组织晶粒尺寸等方面有着十分重要的意义。然而，由于实验中难于严格区分再结晶晶粒和非再结晶晶粒、难于记录和判断再结晶晶粒形核的开始时刻等因素的限制，长期以来人们热衷于对晶粒长大和静态再结晶的研究，对动态再结晶的研究也仅局限于对其动力学和影响因素的研究，而对其拓扑学的研究极少。近20年来，计算机技术得到不断发展，计算机模拟在材料的研究和开发中，尤其是在材料的组织演变、加工工艺设计等方面得到广泛的发展和应用。其中，元胞自动机(CellularAutomata，CA)模型在对凝固组织[1]、晶粒长大[2,3]、静态再结晶[4]等现象的研究中得到了较为有效的应用。本研究就是尝试用元胞自动机模型模拟镁合金塑性变形过程中的动态再结晶，并根据计算结果分析了变形过程中的组织演变及晶粒的拓扑分布，通过对比模拟结果与前人所作对晶粒长大研究结果，对动态再结晶的组织演变及其拓扑特征有了理性的认识。安徽工业大学毕业设计（论文）报告纸共68页第2页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1文献综述1.1镁及镁合金概述1.1.1镁及镁合金的特点镁是地壳中分布最广的元素之一，占地壳重量的2.77%，为第四个最丰富的金属元素（位于Al、Fe、Ca）之后。镁的比重大约为铝的2/3、铁的1/4，是目前实用金属材料中最轻的金属。镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金。其特点是：密度小（1.8g/cm3左右），比强度高，弹性模量大，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好。主要合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。目前使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌锆合金。其加工过程及腐蚀和力学性能有许多特点：质量轻、刚性好、具有一定的耐蚀性和尺寸稳定性、抗冲击、耐磨、衰减性能好及易于回收；另外还有高的导热和导电性能、无磁性、屏蔽性好和无毒的特点。镁合金的比重虽然比塑料重，但是，单位重量的强度和弹性率比塑料高，所以，在同样的强度零部件的情况下镁合金的零部件能做得比塑料的薄而且轻。另外，由于镁合金的比强度也比铝合金和铁高，因此在不减少零部件的强度下，可减轻铝或铁的零部件的重量。镁合金熔点比铝合金熔点低，压铸成型性能好。镁合金铸件抗拉强度与铝合金铸件相当，一般可达250MPa。屈服强度与铝合金也相差不大。镁合金相对比强度（强度与质量之比）最高，比刚度（刚度与质量之比）接近铝合金和钢，远高于工程塑料。在弹性范围内，镁合金受到冲击载荷时，吸收的能量比铝合金件大一半，所以镁合金具有良好的抗震减噪性能。镁合金还有良好的耐腐蚀性能、电磁屏蔽性能、防辐射性能、可做100%回收再利用。表1.1是镁合金与几种材料的性能对比[5]。表1.1镁合金与几种材料的性能对比性能参数密度/g.cm3熔点/ºC抗拉强度/MPa比强度屈服强度/MPa延伸率/%弹性模量/GPa比刚度导热系数/w.m-1k-1减震系数AZ91D1.8159625013816074525.865450A3802.7059531511616037125.91005碳钢7.861520517804002220024.34215ABS1.0390(Tg)9693600.9安徽工业大学毕业设计（论文）报告纸共68页第3页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1.1.2镁合金的应用随着能源的紧张、环境的恶化，人们越来越注重轻量化、绿色化制造。作为一种新型的轻型环保材料，镁合金引起了人们的普遍关注。现主要就镁合金在航空航天、电子和汽车三个行业中的应用分别介绍如下。1、航空航天领域随着镁合金制备及成型技术的日益发展，镁合金的比强度、比刚度、抗蠕变性能、耐热性能、耐腐蚀性等的不断提高，加之镁合金质轻的特点，在航空航天中的应用也异常广泛，特别是Mg-Li合金，具有很高的强度、韧性和塑性，是航空航天领域最有前途的材料，如座舱架、座椅、轮毂、吸气管、导弹舱段、避板、副蒙皮、直升机上机匣等都用Mg-Li合金制作。近年来，镁合金在直升机中的应用日益扩大，例如EURO2COPTER公司某些机型中的各齿轮箱壳体和盖子均为镁合金制造。据资料显示，航空材料减重带来的经济效益和性能的改善非常可观，商用飞机减重与汽车相比节省燃油费用是汽车的近100倍；而战斗机的燃油节省费用又是商用飞机的近10倍。尤为重要的是飞机机动性的改善可以极大地提高战斗力和生存能力。早在20世纪20年代，镁合金锻件就被用于制造飞机的螺旋桨，以后陆续开发出的新的镁合金用于发动机部件、支架结构、齿轮箱等。如DOW化学公司用ZK60制造C133运输机的地板支撑梁，此外在Trident和BA146飞机上用镁合金材料制造手动控制装置部件[6]。2、通讯电子行业镁合金在电子行业中的应用以3C产品（手机、笔记本电脑、数码相机）为主导，随着3C产业的发展越来越要求产品轻、薄、小、美观且易回收、环保，镁合金正是这类产品的理想材料。近年来，电子工业强国，特别是日本及欧、美等发达国家在3C产品镁合金开发方面做了大量开创性的研究，并得到了广泛的运用。我们拿最具代表性的产品笔记本电脑来说明镁合金在3C行业中的应用。镁合金主要做结构壳件。用镁合金制造的壳罩与传统塑胶壳罩相比，具有如下优点[7]：(1)强