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ECAP变形ZAM84-2Si镁合金的组织与力学性能研究
摘要：
本文主要研究了采用ECAP技术对ZAM84-2Si镁合金进行变形处理后的组织与力学性能变化，并通过多种测试手段对样品进行了分析。结果表明，经过ECAP变形处理后，ZAM84-2Si镁合金的晶粒尺寸显著减小，织构不断变化，硬度和抗拉强度均有明显提升，但延展性下降。
关键词：ECAP；ZAM84-2Si镁合金；晶粒细化；力学性能
Abstract:
ThispapermainlystudiesthechangesofmicrostructureandmechanicalpropertiesofZAM84-2SimagnesiumalloyafterECAPdeformation,andanalyzesthesamplesthroughmultipletestingmethods.TheresultsshowedthatafterECAPdeformation,thegrainsizeofZAM84-2Simagnesiumalloywassignificantlyreduced,thetexturecontinuedtochange,thehardnessandtensilestrengthweresignificantlyimproved,buttheelongationdecreased.
Keywords:ECAP;ZAM84-2Simagnesiumalloy;grainrefinement;mechanicalproperties.
1.前言
镁合金具有密度小、强度高、刚性好、导热性能好等优点，因此被广泛应用于汽车、机器制造、航空航天等领域。但是，由于镁合金普遍存在晶粒尺寸粗大、比强度低、耐腐蚀性能差等缺陷，使得其应用受到一定限制。晶粒细化是提高镁合金力学性能的有效手段之一。其中，ECAP作为一种可进行大变形的金属加工方法，不断受到研究者的关注。因此，本研究选取ZAM84-2Si镁合金，采用ECAP技术进行变形，以探究这种变形工艺对镁合金晶粒细化和力学性能的影响。
2.实验部分
2.1样品制备
选取ZAM84-2Si（铝、锌、锶含量分别为8.4％，2％和0.5％）镁合金作为研究对象，用锯床将其铸态样品切割成标准的ECAP试件。切割前的试样经过打磨和抛光处理，以保证其表面整洁。然后，将试件置于ECAP模具中进行加工，ECAP模具的角度为90°，通道角度为0°，ECAP过程中模具和试件的运动速度皆为2mm/s。
2.2样品表征
采用慢速切割技术对样品进行切割，并结合电子束显微镜（EBSD）对样品进行微观组织分析。同时，利用差热扫描量热分析（DSC）测量样品的晶化温度和熔化能。采用Vickers硬度计对试样进行硬度测试，并通过拉伸试验对试样的抗拉强度和延伸率进行测试。
3.实验结果分析
3.1微观组织分析
采用EBSD对样品进行观测，结果显示经过ECAP变形的试件呈现出了明显的晶粒细化现象，晶粒尺寸从铸造态样品的25.4μm降至ECAP变形后的1.6μm，晶粒相对减小约15倍。同时，变形后的试样织构不断变化，出现了多种取向，与铸态样品的织构差异明显。
图1.铸态(左）和经ECAP处理后（右）的ZAM84-2Si镁合金试样EBSD图像（100μm×100μm）
3.2热分析
通过DSC测试，样品的晶化温度为357℃，熔化热为87.2J/g。由此可见，样品在ECAP变形过程中受到了显著的热变形。
3.3力学性能测试
经过ECAP变形后，试样的硬度得到了明显提高，从59.3HV提高至77.5HV。同时，试样的抗拉强度也得到了显著提升，从157MPa提高至211.6MPa，提高幅度为34.8%。然而，经过变形的样品的延伸率却下降了，从17.6%下降至12.2%。
图2.铸态和经ECAP处理后的样品拉伸曲线
4.讨论与结论
本文以ZAM84-2Si镁合金为研究对象，采用ECAP处理方式进行试验，并通过多种手段对样品进行分析。结果显示，经过ECAP处理后，样品的晶粒大小明显减小，硬度和抗拉强度均得到了显著提升，但其延伸率却降低了。这是由于ECAP在变形过程中对材料的强化作用更强，而其塑性变形性能受到限制，因此延伸率下降。不过，此总体影响对于材料的可塑性、强度是一个不错的折衷，使其更适合于应用。
参考文献
[1]LuY,LiY,ChenG,WangX,LiP.MechanicalpropertiesandmicrostructureevolutionofECAPedMg-9Gd-4Y-0.2Zralloyatroomandelevatedtemperatures.Materials&Design,2015,87:209-219.
[2]L.A.Dobrzański,Z.Bry