固相再生AZ31B镁合金动态再结晶机制及界面表征

研究屑表面氧化膜在不同变形温度、变形程度、变形速度下的破碎问题；建立镁合金屑与屑间结合时镁与镁间或镁基体与氧化相间的界面模型，研究界面结合情况，分析界面结合机制，探讨界面达到冶金结合的条件；研究固相再生AZ31B镁合金的动态再结晶形核及长大规律，揭示原料尺寸及变形温度、变形速度、变形量对动态再结晶组织的影响；研究氧化相的形态分布及晶粒取向分布，给出固相再生镁合金强化机理。本研究所采用的固相再生法无需将镁合金废料重熔，不使用破坏环境的SF6，直接将屑或边角废料加工成坯料或型材，且可通过合理控制原料尺寸及再生工艺，使材料在成型过程中得到强化。本研究可为固相再生AZ31B镁合金的工业化生产及镁合金固相循环再生奠定理论基础，对促进镁合金的开发应用以及节能减排具有重要意义。

本项目以AZ31B镁合金屑为原料，以固相再生的方法再生镁合金。利用光学显微镜、扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、电子万能拉伸试验机等分析和测试手段，研究了固相再生AZ31B镁合金动态再结晶组织、氧化相的形态分布、氧化相与基体间界面结构、拉伸性能和断裂行为。讨论了固相再生AZ31B镁合金的强化机制和屑间结合机制。. 研究了固相再生AZ31B镁合金中氧化相的分布，屑表面氧化膜在挤压过程中破碎，在再生合金中，破碎的氧化相大体按平行于挤压方向分布。屑经严重的氧化，再生镁合金仍具有较好的力学性能。随着挤压次数的增加，氧化相破碎程度及分布均匀性增大，合金的抗拉强度增大，重复挤压增强屑间结合，经3次、4次挤压后，合金断口上沿原始屑结合面产生的微裂纹基本消失。. 研究了屑尺寸对固相再生AZ31B镁合金动态再结晶组织和性能的影响，三种不同尺寸的屑经冷压后，压坯密度不同。再生合金的晶粒尺寸小于铸锭挤压合金，在不同尺寸屑再生的合金中，随着S值(单位体积再生材料中屑的总表面积)增大，合金晶粒尺寸减小，抗拉强度升高，具有中间S值的再生合金延伸率最高。屑厚度较小的两种再生合金，抗拉强度明显高于铸锭挤压合金，再生镁合金延伸率均低于铸锭挤压合金。. 研究了固相再生工艺参数对AZ31B镁合金动态再结晶组织和性能的影响，随着挤压温度升高，再生合金晶粒尺寸增大，抗拉强度与延伸率先提高后降低，400℃挤压的再生材料力学性能最好，抗拉强度为309.2MPa，延伸率为16.3%。挤压温度高于350℃时，再生合金抗拉强度高于铸锭挤压合金。挤压比由4:1增大到44.4:1时，合金组织细化，挤压比为100:1时，组织明显粗化。随挤压比的增大，再生合金与铸锭挤压合金的抗拉强度增加，延伸率先增大后减小。挤压比达到11.1:1时，断口上沿屑与屑间结合面断裂的特征消失，挤压比达到25:1时，再生合金的抗拉强度高于铸锭挤压合金。. 研究了固相再生AZ31B镁合金中氧化相的微观形态及氧化相与基体间界面结构。在挤压过程中打碎的氧化镁呈细小的球形颗粒，尺寸约为15~25nm，挤压比较低时，氧化膜没有完全破碎。细小的氧化镁颗粒及未完全破碎的氧化镁团块与镁合金基体间界面结合紧密，均达到了原子级结合，且破碎的氧化镁颗粒在合金中局部区域呈弥散分布，在一定程度上起到强化作用。