近液相线模锻制备镁合金半固态坯及触变模锻成形研究

基于产品轻量化和成形近净化的发展趋势，将近液相线模锻工艺应用到半固态制坯工序中，解决镁合金触变模锻中制坯的瓶颈问题。在此基础上， 对近液相线模锻制备坯料的触变模锻成形进行了研究。主要研究内容：1)近液相线模锻工艺参数对微观组织的影响，揭示在低过热浇注和高压状态下合金的凝固方式；2）半固态等温处理中，微观组织的演变过程、球状组织的形成机理及球状组织的长大行为；3）近液相线模锻法制备的半固态坯的触变成形机制；4）半固态触变成形过程产品形状和性能的精确控制。课题意义在于：解决镁合金半固态触变成形中半固态坯制备的瓶颈问题，实现在通用液压机上进行半固态触变成形，为在交通运输和武器装备领域内成形低成本、高力学性能、形状较复杂的镁合金结构件提供技术支持。

基于镁合金在产品轻量化的潜在应用背景，寻求一种新工艺，达到成形性与使用性统一，是镁合金工业应用的关键所在。本项目首次提出了近液相线模锻制坯技术，并且将其应用于半固态成形中。选择添加稀土Y的AZ91D镁合金，分别对铸造法、近液相线模锻法和等通道角挤压法制备的半固态坯料在各阶段的组织演变、球晶组织的生成及特征等对触变模锻成形和成形件力学性能的影响进行了系统研究，并探讨了不同半固态制坯方法的适用范围和应用的可能性。研究结果表明，添加Y可细化组织中的α(Mg)和β(Mg17Al12)；在铸造制坯中，仅能获得粗大的等轴晶；在近液相线模锻制坯中，可获得细小的枝晶组织，且随着模压的增加，坯料力学性能持续上升；在ECAE变形中，随着温度的升高，可获得等轴状晶粒，但屈服强度和抗拉强度难以同步提高。二次加热过程中，铸造法坯料组织的演变规律是由发达的树枝晶演变为大块状，再逐渐分离成碎块状，随后固相颗粒球化并主要通过合并的方式长大；近液相线模锻法坯料组织的演变规律是由细小的树枝晶演变为块状，再分离成碎块状，随后固相颗粒球化并主要通过Ostwald熟化机制长大；ECAE法坯料组织的演变规律是挤压态组织发生再结晶，形成块状组织并分离、球化，主要通过Ostwald熟化机制长大。此外，热处理能够通过影响组织来进一步改善成形件力学性能。三种制坯方法因具有不同的优势而适用于不同的镁合金半固态模锻件对形状、尺寸和性能的要求。其中从制坯成本、制件复杂程度和触变成形件力学性能考虑，以近液相线模锻法具有综合优势，有希望成为高性能镁合金半固态模锻的主要制坯方法之一。