收稿日期:2003-12-12
作者简介:郝艳君(1979-),女,辽宁葫芦岛人,助教.
文章编号:1000-1646(2004)03-0261-04
挤压态ZK60镁合金的高温力学性能及其超塑性
郝艳君1,陈立佳2,吴 伟2(11沈阳工业大学信息科学与工程学院,辽宁沈阳110023;21沈阳工业大学材料科学与工程学院,辽宁沈阳110023)
摘 要:针对挤压态ZK60镁合金的高温力学性能及其超塑性行为进行了研究.结果表明,挤压态ZK60镁合金的高温力学性能与试验温度、应变速率密切相关.通常,屈服强度和抗拉强度随试验温度的降低和应变速率的增加而提高,而延伸率则随试验温度的升高和应变速率的降低而增大.
塑性变形流变应力与温度的倒数之间呈线性关系,而且在应变速率为5×10
-4
/s下的激活能为
9314kJ/mol.关 键 词:镁合金;超塑性;高温力学性能中图分类号:TG113125 文献标识码:A
镁合金作为结构材料得到了越来越广泛的重视,并将在今后发挥越来越重要的作用.这是由于镁合金具有一些优良性能,如密度小、具有抗震性,易于机械加工等[1～4].而镁合金的常温塑性变形能力较差,并常常用于精加工,所以研究其高温力学性能具有较大意义.本文研究了挤压态的镁合金的高温性能,其中主要对其超塑性进行研究.通过对其高温力学性能的研究,并对其在不同条件下所得数据进行对比分析,从而得到挤压态镁合金超塑变形特征及其影响因素.1 试验材料及试验方法111 试验材料本试验所用材料是ZK60镁合金,其中Zn含量为6%,Zr含量≤017%,其余为Mg及Si、Cu等杂质.112 试样制备将ZK60镁合金进行热挤压,具体工艺流程是:挤压锭→去皮→预热→热挤压→冷却→矫直→截成规定尺寸.挤压比是35∶1.挤压态ZK60镁合金的拉伸试样用线切割机床切取,试样的标距长度为5mm.为了减少应力集中、降低缺口敏感性,需将试样上的切割痕迹用砂纸打磨掉.113 试验方法拉伸试验温度范围为200～300℃,应变速率范围为(1～10)×10-4/s.试样在电阻炉中进行加热,加热到预定温度后保温10～20min,再进行拉伸试验,记录高温拉伸试验期间的工程应力及应变数据,据此确定试样在不同拉伸实验条件下的抗拉强度和屈服强度;量取断裂试样的最终长度,
计算出延伸率.
2 试验结果及分析211 挤压态ZK60镁合金的高温塑性图1为挤压态ZK60镁合金在300℃温度下进行拉伸试验后所测得的延伸率与应变速率的关系曲线.由图可知,当应变速率为1×10
-4
/s时,
挤压态ZK60镁合金延伸率达到195%左右;而在(1×10-4～1×10
-3)/s的应变速率范围内,延
伸率变化不大;其后,随初始应变速率的进一步增加,延伸率降低.
图2为挤压态ZK60镁合金在5×10
-4
/s的
应变速率下拉伸试验后所测得的延伸率与温度之间的关系曲线.由图可知,随着试验温度由300℃降低至250℃时,延伸率由195%左右降低至12312%,当试验温度由250℃降至200℃时,挤压态ZK60镁合金的延伸率也有所降低,但降低幅度不大.
212 挤压态ZK60合金的强度图3为300℃的试验温度下对挤压态ZK60
镁合金进行拉伸试验时所获得的抗拉强度—初始应变速率曲线.由图中可以看出,同一试验温度
第26卷第3期2004年6月沈 阳 工 业 大 学 学 报JournalofShenyangUniversityofTechnologyVol126No13Jun.2004下,合金的抗拉强度随应变速率的增加而提高. 图4为300℃温度下进行拉伸试验时挤压态ZK60镁合金的屈服强度—应变速率曲线.从中可以观察到,同一试验温度下,合金的屈服强度随应变速率的增加而增加,而且表现出与抗拉强度随应变速率的变化相同的趋势.
图5所示为5×10
-4
/s的应变速率下对挤压
态ZK60合金进行拉伸试验时所获得的抗拉强度与试验温度之间的关系曲线.可以观察到,随着温度的提高,合金的抗拉强度明显减小,但减少幅度成减缓趋势.
图6为挤压态ZK60合金在5×10
-4
/s的应
变速率下拉伸时所获得的屈服强度与温度之间的关系曲线.可以看出,随着试验温度的提高,屈服强度明显的减小,但减少幅度也呈减缓趋势.
262 沈 阳 工 业 大 学 学 报第26卷213 超塑性变形特征图7所示为挤压态ZK60镁合金在300℃下的流变应力与应变速率间的关系曲线.其中.取ε=10%时的真应力作为流变应力.可以看出,logσ与logε之间呈现双线性关系.通常将logσ2logε曲线上每一点的斜率定义为应变速率敏感系数m即m=d(logσ)d(logε)(1)式中 m表示合金在变形过程中能够抑制颈缩的能力大小.m值愈大,表示合金越有可能获得较好的超塑性. 对图7中的数据进行线性回归,可以确定出,
当试验温度为300℃时,在(1～50)×10
-4
/s的
应变速率范围,相应的m值为01307.由此可知,
挤压态ZK60镁合金在较低的应变速率下可以实现超塑性变形.
图8为挤压态ZK60镁合金在应变速率为5×10-4/s时的流变应力与温度之间的关系曲线.可以看出,流变应力的对数与温度的倒数之间也呈很好的线性关系.
文献[5]提出了应变速率、流变应力与试验温度之间的定量表达式ε=C1σnexp(-Q/RT)(2)式中 C1,R为常数;Q为激活能;n为应力指数;σ为流变应力;ε为应变速率.根据这一公式,可以推导出如下形式lnσ=Q/nRT(3)显然,通过求出曲线斜率k,即可求得Q值Q=nRk(4) 对于本试验条件,可求得激活能Q的值为9314kJ/mol.3 结 论通过研究挤压态ZK60镁合金的高温力学性能及超塑性变形特征,可以得出以下结论:1)挤压态ZK60镁合金在试验温度为300℃、较高的应变速率下,合金的断裂延伸率可以达到190%左右.并且在相同的初始应变速率下,随着试验温度的升高,延伸率将有所增大.2)挤压态ZK60镁合金的高温抗拉强度与屈服强度均表现出较强的应变速率及温度依赖性.通常,随着试验温度的降低和应变速率的增加,合金的强度增加.
3)挤压态ZK60镁合金在300℃试验温度下的logσ2logε曲线呈双线性关系,相应的应变速率敏感系数为01307.
4)挤压态ZK60镁合金的流变应力与温度倒数之间呈线性关系,据此可计算出在应变速率为5×10
-4
/s时相应的激活能为9314kJ/mol.
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362第3期郝艳君等:挤压态ZK60镁合金的高温力学性能及其超塑性 Review,1969,130(14):1-24.Superplasticityandhigh2temperaturemechamicalpropertiesofas2extrudedZK60alloys
HAOYan2jun1,CHENLi2jia2,WUWei2(11SchoolofInformationScienceandEngineering,ShenyangUniversityofTechnrvology,Shenyang110023,China;21
SchoolofMaterialScienceandEngineering,ShenyengUnversityofTechnology,Shanyang,110023,China)
Abstract:Thesuperplasticityandhigh2temperaturemechanicalpropertiesofas2extrudedZK60alloysareinvestigated.Theresultsshowsthatthehigh2temperaturemechanicalpropertiesofas2extrudedZK60alloysareassociatedwithtestingtemperatureandstrainrates.Itisevidentfromtheexperimentsthatthe0.2%offsetyieldstrengthandultimatetensilestrengthofthealloyareincreaseswithdecreasingtemperatureandincreasingstrainrate.Buttheelongationtofailureincreaseswhenthetemperatureincreasedandthestrainratedecreased.Theflowingstressofas2extrudedZK60alloysduringplasticdeformationisproportionedtothereciprocaloftemperature.Attheinitialstrain2rateof5×10-4/s,thecalculatedactiveenergyat300℃is9314kJ/mol.
Keywords:magnesiumalloys;superplasticity;high2temperaturemechanicalproperties
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