AZ31鎂合金的案例
Deform-AZ31鎂合金軋制模擬 ￥8
AZ31鎂合金軋制模擬
【論文介紹】一種細(xì)化AZ31鎂合金的固液兩相區(qū)復(fù)合擠壓工藝
在700 ℃下融化AZ31鎂合金，同時(shí)加熱模具至350 ℃并保溫；將融化的AZ31鎂液倒入在液壓機(jī)上組裝好并保溫的模具中，等待適當(dāng)時(shí)間后進(jìn)行擠壓。上述整個(gè)過程都用熱電偶和溫度巡檢儀測溫，擠壓速度為50 mm/s。共進(jìn)行了一次不加轉(zhuǎn)角和兩個(gè)不同轉(zhuǎn)角的固液兩相區(qū)復(fù)合擠壓實(shí)驗(yàn)。
值得注意的是，變形區(qū)從上至下的基面極圖的極值強(qiáng)度先略微上升，到變形區(qū)出口時(shí)又迅速下降。結(jié)合不同部位的再結(jié)晶分布圖來分析固液兩相區(qū)擠壓過程的組織演變及織構(gòu)弱化原因。圖3為圖2各部位所對(duì)應(yīng)的再結(jié)晶分布圖，圖中藍(lán)色表示再結(jié)晶區(qū)域，紅色表示變形區(qū)域，黃色表示亞結(jié)構(gòu)區(qū)域。傳統(tǒng)擠壓在擠壓過程中的變形是由滑移和孿晶協(xié)調(diào)進(jìn)行的，變形過程中的狹長大晶粒大部分為變形區(qū)，小晶粒全部為再結(jié)晶小晶粒，并在變形階段出現(xiàn)明顯的孿晶結(jié)構(gòu)。而固液兩相區(qū)擠壓過程明顯不同，熔體在（560±10） ℃時(shí)開始擠出，此時(shí)熔體為固液混合狀態(tài)，靠近模具壁的位置固相率更高，為初生的α-Mg枝晶；進(jìn)入變形區(qū)之后凝固過程中的結(jié)晶潛熱和變形過程中的剪切效應(yīng)導(dǎo)致α-Mg枝晶臂斷裂和熔合，破碎枝晶周圍形成了元素富集，可以促進(jìn)形核；而剩余的液相部分凝固后形成了粗大的晶粒，儲(chǔ)存的殘余應(yīng)力較少。
此外，壓力的加入會(huì)改變金屬的平衡凝固溫度，使鎂鋁合金的過冷度增大，加快凝固過程，同時(shí)，由于剩余液相形成均勻的溫度場和濃度場，剩余液相處于整體過冷狀態(tài)，在快速冷卻條件下，容易發(fā)生爆炸形核，在剩余的液相中，短時(shí)間內(nèi)形成大量的晶核。晶核迅速長大，變得不穩(wěn)定，形成初生枝晶。但由于殘余液相中晶核密度較高，相鄰晶核生長界面前沿的溫度場和濃度場相互重疊，限制了晶粒的進(jìn)一步生長。最后，在殘余液相中得到細(xì)小均勻的等軸α-Mg枝晶。
展開 干貨│一文讀懂掃描電鏡
4.2.2 觀察材料第二相
圖4 AZ31鎂合金SEM高倍顯微組織
從圖4中可以清楚的觀察到破碎后的第二相Mg17Al12尺寸約為4μm，在“大塊”Mg17Al12附近有許多彌散分布的的小顆粒，尺寸在0.5μm左右，此為熱軋后冷卻過程中由α-Mg基過飽和固溶體中析出的二次Mg17Al12相，呈這種形態(tài)分布的細(xì)小第二相Mg17Al12能有效的阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，提高材料強(qiáng)度，起到彌散強(qiáng)化的作用，而不會(huì)明顯降低AZ31鎂合金的塑性。
4.2.3 觀察材料界面
圖5 Mg/Al 軋制界面線掃描
圖5是Mg/Al軋制復(fù)合界面的線掃描圖像，從圖中我們可以看到，穿過Mg和Al的界面進(jìn)行線掃描，可以得到，在Al的一側(cè)，Mg含量低，在Mg一側(cè)，Al幾乎為零；但在界面處，Mg和Al各大約占一半，說明在界面處發(fā)生了擴(kuò)散，形成了Mg和Al的擴(kuò)散層。
4.2.4 觀察材料斷口
（a）鑄態(tài)（b）熱軋態(tài)
圖6AZ31鎂合金拉伸斷口形貌
AZ31鎂合金鑄態(tài)試樣拉伸斷口SEM掃描形貌如圖6所示。從圖6（a）可以觀察到明顯的解理斷裂平臺(tái)，在最后撕裂處也存在少量韌窩，基本上屬于準(zhǔn)解理斷裂，塑性較差。這是因?yàn)殍T態(tài)AZ31鎂合金晶界處存在粗大的脆性第2相Mg17Al12，在拉伸變形過程中容易破碎形成裂紋源。熱軋態(tài)AZ31鎂合金拉伸試樣斷口處有明顯的縮頸現(xiàn)象，其宏觀斷口SEM掃描形貌如圖6（b）所示，呈現(xiàn)出以韌窩為主的延性斷口形貌特征，韌窩大小為5~20μm。
5 結(jié)語
掃描電鏡已成為各種科學(xué)領(lǐng)域和工業(yè)部門廣泛應(yīng)用的有力工具。除了在材料科學(xué)中應(yīng)用廣泛，在地學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、冶金、機(jī)械加工等領(lǐng)域均大量應(yīng)用掃描電鏡作為研究手段。我們應(yīng)該了解掃描電鏡的工作原理及其應(yīng)用，并在自己的科學(xué)研究中利用好掃描電鏡這個(gè)工具，對(duì)材料進(jìn)行全面細(xì)致的研究。
展開 疲勞測試方法及應(yīng)用介紹
應(yīng)力疲勞一般用于材料疲勞S-N曲線，如圖1和圖2，采用升降法測試AZ31B鎂合金疲勞極限(應(yīng)力比為0.1，疲勞壽命為107對(duì)應(yīng)的疲勞載荷)。圖中AZ31B鎂合金試樣的疲勞極限為97.29MPa。
圖1. AZ31B鎂合金疲勞測試
圖2.AZ31B鎂合金疲勞測試 S-N 曲線
應(yīng)變疲勞應(yīng)用于高載荷低設(shè)計(jì)壽命構(gòu)件的測試。其定義是：若最大循環(huán)應(yīng)力Smax大于屈服應(yīng)力Sy，為應(yīng)變疲勞。應(yīng)力疲勞測試用于研究部件在高載荷低頻率的場合，如壓力容器使用壽命期限內(nèi)，總循環(huán)次數(shù)數(shù)量級(jí)為104，因此，用應(yīng)變作為疲勞性能參量描述。應(yīng)力疲勞也被稱為低周疲勞。
基于應(yīng)變疲勞研究學(xué)者提出以下理論，材料的應(yīng)力-應(yīng)變(Remberg-Osgood彈塑性應(yīng)力應(yīng)變)關(guān)系：
式中εe彈性應(yīng)變幅，εp為塑性應(yīng)變幅。
在恒幅對(duì)稱應(yīng)變測試過程中，由于材料發(fā)生塑性變形，應(yīng)變減小時(shí)應(yīng)力不能以原始路徑減小，應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈環(huán)狀，這一曲線稱為滯后環(huán)。隨著循環(huán)次數(shù)增加，達(dá)到相同的應(yīng)變幅應(yīng)力會(huì)增加或減小，這一應(yīng)力對(duì)應(yīng)變的響應(yīng)被稱為循環(huán)硬化或循環(huán)軟化，循環(huán)足夠多周次，有的材料會(huì)形成穩(wěn)定滯后環(huán)。
應(yīng)變疲勞中，用應(yīng)力-應(yīng)變曲線，描述材料的循環(huán)硬化或循環(huán)軟化趨勢。對(duì)于具有對(duì)稱滯后環(huán)曲線材料，稱為Massing材料。
下圖為ZK60鎂合金，載荷分別沿軋制方向和橫向加載的σ-ε曲線。沿橫向，循環(huán)硬化現(xiàn)象明顯。
圖3. ZK60A鎂合金載荷沿軋向σ-ε曲線
圖4.
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晶體塑性每日文章推薦（六）
《Simulation of texture evolution and macroscopic properties in Mg alloys using the crystal plasticity finite element method》
給出了結(jié)合PTR方法處理的TWIN-CPFEM方法的詳細(xì)方案，同時(shí)與宏觀實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)比，為HCP結(jié)構(gòu)多晶模擬提供了相對(duì)簡單的解決思路，以及合理的參數(shù)用于AZ31B鎂合金，可以較為容易的在黃永剛程序上進(jìn)行修改易于數(shù)值實(shí)現(xiàn)。
這里簡要介紹一下作者理論框架和數(shù)值模擬結(jié)果：
理論框架基于經(jīng)典的亞彈性本構(gòu)框架，不做贅述
流動(dòng)方程使用經(jīng)典的冪律流動(dòng)方程
硬化方程：
其中作者考慮四組滑移＋一組孿晶
對(duì)應(yīng)的材料參數(shù)為
另外所有滑移和孿晶系統(tǒng)使用統(tǒng)一的：參考剪切應(yīng)變率0.001，率相關(guān)系數(shù)20
孿晶處理方案基于PTR方法
即孿晶體積分?jǐn)?shù)達(dá)到臨界體積分?jǐn)?shù)，晶粒整體發(fā)生旋轉(zhuǎn)，孿晶體積分?jǐn)?shù)定義為：
即孿晶的剪切應(yīng)變/孿晶特征剪切應(yīng)變（例：AZ31B：拉伸孿晶特征剪切0.129），PTR模型假設(shè)允許每個(gè)方向相對(duì)于最活躍的孿晶系統(tǒng)中的鏡面的法線方向重新定向，如由CPFEM確定的。矩陣中晶格取向和孿晶區(qū)中晶格取向之間的變換矩陣T可以定義為
數(shù)值案例及實(shí)驗(yàn)對(duì)比：
樣品初始取向：
沿著RD方向壓縮實(shí)驗(yàn)結(jié)果：
作者的有限元邊界條件設(shè)置以及模擬結(jié)果
模擬的變形后取向
變形過程中各個(gè)系統(tǒng)的相對(duì)活躍情況
孿晶演化情況
模擬結(jié)果表明，單軸加載下的織構(gòu)演變、孿晶體積分?jǐn)?shù)和宏觀性能與加載f方向密切相關(guān)。變形模式的相對(duì)活動(dòng)性可以從理論上解釋AZ31鎂合金板的拉壓屈服的不對(duì)稱行為和明顯的R值。
展開 鎂基非晶合金的研究進(jìn)展
表1:Mg基非晶合金的臨界尺寸及熱性能
由表１可知，所有的Mg基非晶合金都有較寬的過冷液相區(qū)(ΔTx)和高的非晶形成能力。
圖2:Mg基非晶合金組分范圍示意圖
如圖２所示，Mg基非晶合金具有很寬的組分范圍，同一個(gè)合金體系可以衍生出許多種成分差別細(xì)微但是性能顯著不同的非晶合金，因此Mg基非晶合金比傳統(tǒng)合金以及其他體系非晶合金具有更廣闊的應(yīng)用前景。
（2）Ｍg基非晶合金的挑戰(zhàn)
圖3:Mg基非晶合金、Mg合金復(fù)合材料與AZ31鎂合金應(yīng)力-應(yīng)變曲線比較
圖3為室溫下得到的單軸壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線。由圖3可知，Mg基非晶合金和傳統(tǒng)Mg合金復(fù)合材料均比商用鎂合金具有更高的屈服強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。
圖3中顯示商用AZ31鎂合金的抗壓強(qiáng)度約為350MPa，Mg合金復(fù)合材料的抗壓強(qiáng)度達(dá)到了1040MPa，約為商用鎂合金的3倍，并且表現(xiàn)出較大的塑性變形。而Mg基非晶合金的抗壓強(qiáng)度為848MPa，在壓縮過程中表現(xiàn)為線彈性。但是Mg基非晶合金在斷裂前沒有明顯的塑性形變階段，即Mg基非晶合金斷裂方式為脆性斷裂。這種脆性的存在嚴(yán)重限制了Mg基非晶合金在結(jié)構(gòu)材料方面的應(yīng)用。
目前，為了改善Mg基非晶合金的脆性，主要有以下3個(gè)方面的探索：(1)添加第二相提高M(jìn)g基非晶合金的塑性；(2)摻雜碳納米管或者陶瓷顆粒制備復(fù)合材料提高塑性；(3)退火處理產(chǎn)生納米晶提高塑性。
隨著醫(yī)學(xué)的不斷發(fā)展，人們逐漸可以對(duì)身體有殘疾或者病患的部位進(jìn)行修復(fù)或者采用人工植入材料替代，而人骨的修復(fù)和替代一直是醫(yī)學(xué)界的研究熱點(diǎn)。
展開 晶體塑性每日文章推薦（二十一）
并應(yīng)用于識(shí)別織構(gòu)化AZ31鎂合金中主動(dòng)滑移系統(tǒng)和拉伸孿晶的初始和飽和臨界分解剪切應(yīng)力以及硬化模量。結(jié)果與文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)基本一致，分析表明，用作輸入的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)應(yīng)力-應(yīng)變曲線的數(shù)量對(duì)于獲得逆優(yōu)化問題的精確解至關(guān)重要。作者研究表明在高織構(gòu)鎂合金的情況下，至少需要三條獨(dú)立的應(yīng)力-應(yīng)變曲線來確定多晶測試中的單晶行為。
作者研究使用的滑移+孿晶的本構(gòu)模型遵循Surya R. Kalidindi 提出的孿生方案。示意圖如下：
即積分點(diǎn)處包含兩相，分別為母項(xiàng)和孿生項(xiàng)，其體積分?jǐn)?shù)之和為1.0，孿晶體積分?jǐn)?shù)和母項(xiàng)體積分?jǐn)?shù)分別為
中間構(gòu)型的塑性剪切應(yīng)變分為三項(xiàng)，分別為基體區(qū)域的滑移，孿晶區(qū)域產(chǎn)生的孿晶剪切，孿晶區(qū)域產(chǎn)生的滑移，三部分對(duì)應(yīng)的速度梯度表示為：
其中孿晶體積分?jǐn)?shù)的變化表示為：
中間構(gòu)型的PK2應(yīng)力計(jì)算為
其中基體區(qū)域，孿晶區(qū)域，以及孿晶區(qū)域的滑移對(duì)應(yīng)的施密特因子不同對(duì)應(yīng)的分切應(yīng)力也不同，分別為：
不用系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的硬化表示為：
作者考慮了3組滑移+1組孿晶共24個(gè)系統(tǒng)，這里說明一點(diǎn)的是，在孿生區(qū)域?qū)?yīng)的滑移包含的個(gè)數(shù)為6*18，即每一組滑移都會(huì)因?yàn)樘囟ǖ膶\晶方向而旋轉(zhuǎn)。
這種處理孿晶的方案可以很好的和試驗(yàn)對(duì)照，并被大量采用，在damask中也被使用。基于該本構(gòu)作者利用Levenberg–Marquardt方法確定參數(shù)為
作者的模擬效果
相比于該本構(gòu)，部分模擬為了數(shù)值的積分效率也在模擬時(shí)忽略了孿晶區(qū)域的滑移。
展開 金屬材料中的織構(gòu)及其對(duì)性能的影響
人們研究最多的就是織構(gòu)對(duì)材料靜態(tài)力學(xué)性能的影響，圖4表示的是一種商業(yè)鎂合金在攪拌摩擦焊工藝的影響下產(chǎn)生強(qiáng)烈的基面織構(gòu)，從而材料的不同部位不同方向的拉伸性能就表現(xiàn)出差異。比如以經(jīng)過摩擦焊（FSP）工藝處理的樣品為例，材料在樣品寬度方向也就是橫向（TD）的拉伸強(qiáng)度要顯著高于加工方向（PD），表現(xiàn)出顯著的各向異性。
圖4 AZ31鎂合金原始軋態(tài)及攪拌摩擦焊后不同樣品取向的拉伸性能
織構(gòu)還會(huì)對(duì)材料的彈性性能產(chǎn)生影響，圖5表示的是織構(gòu)對(duì)一種金薄膜的彈性模量的影響，圖中的三個(gè)圖分別表示的是單晶金在晶體坐標(biāo)系下、無織構(gòu)的金薄膜在樣品坐標(biāo)系下以及含有絲織構(gòu)的金薄膜在樣品坐標(biāo)系下的彈性模量參數(shù)曲面，可以看出，織構(gòu)使得材料的彈性模量出現(xiàn)各向異性，沿著材料不同方向的彈性模量表現(xiàn)出顯著差異，材料沿S3方向的彈性模量為118GPa，要高于S1和S2方向彈性模量的89.7GPa，而彈性模量的最小值是沿著偏離S3方向約40度的方向，模量值僅為60GPa。
展開 鎂合金孿晶建模經(jīng)典文章推薦
文章名稱：《A constitutive model for hcp materials deforming by slip and twinning: application to magnesium alloy AZ31B》
DOI：10.1016/S0749-6419(03)00039-1
在鎂合金晶體塑性建模的發(fā)展脈絡(luò)里，2003 年 Staroselsky 這篇文章并不是最新的，也不是形式最復(fù)雜的。但如果真正從“建立一個(gè)能跑、能解釋現(xiàn)象、還能繼續(xù)擴(kuò)展的模型”這個(gè)角度去看，它仍然是一篇非常值得反復(fù)閱讀的經(jīng)典工作。
這篇文章研究的對(duì)象，是 AZ31B 鎂合金在室溫條件下的塑性變形行為。作者關(guān)注的問題非常明確：為什么這種 HCP 結(jié)構(gòu)材料在不同加載方向下，會(huì)表現(xiàn)出強(qiáng)烈的不對(duì)稱性、明顯的織構(gòu)演化，以及非常突出的孿晶效應(yīng)？換句話說，這篇文章不是簡單去擬合一條應(yīng)力—應(yīng)變曲線，而是試圖回答：鎂合金在室溫下究竟是靠哪些機(jī)制在變形，這些機(jī)制又如何共同決定宏觀響應(yīng)。
這篇工作的建模核心思想：
第一，它非常強(qiáng)調(diào)孿晶不是附屬機(jī)制，而是主導(dǎo)機(jī)制之一。在 HCP 鎂合金里，單靠常規(guī)滑移并不能解釋很多室溫下的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，尤其是壓縮拉伸不對(duì)稱和織構(gòu)快速變化。Staroselsky 這篇文章抓住了這一點(diǎn)，把孿晶明確地放到了與滑移同等重要的位置。
第二，它采用了一種非常有啟發(fā)性的處理方式：把孿晶作為一種具有方向性的 pseudo-slip 來處理。這樣做的好處是，一方面保留了孿晶“有極性、不可正反完全對(duì)稱”的物理特征，另一方面又能把它自然嵌入有限變形晶體塑性框架中。這個(gè)思想到今天看仍然非常高明，因?yàn)樗凇拔锢碚鎸?shí)性”和“程序可實(shí)現(xiàn)性”之間找到了很好的平衡。
第三，這篇文章并沒有急著把硬化寫得非常復(fù)雜。
展開 基于ADAMS的盤形軋制零件結(jié)構(gòu)優(yōu)化與故障診斷方法
[7] 郭麗麗，郭浩然，汪建強(qiáng)，等.軋制工藝對(duì)連續(xù)擠壓AZ31鎂合金板材成形性的影響[J].塑性工程學(xué)報(bào)，2021,28(7):56-63.
[8] 林方敏，武學(xué)俊，章小峰，等.Fe-12Mn-2Al-0.1C冷軋鋼板沖壓成形數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)[J].塑性工程學(xué)報(bào)，2023,30(1):42-48.
[9] 朱文昌，何雅娟，王建波，等.基于高維隨機(jī)矩陣特征值之差的滾動(dòng)軸承狀態(tài)異常檢測算法[J].振動(dòng)與沖擊，2022,41(4):14-20.
[10] 石懷濤，尚亞俊，白曉天，等.基于貝葉斯優(yōu)化的SWDAE-LSTM滾動(dòng)軸承早期故障預(yù)測方法研究[J].振動(dòng)與沖擊，2021,40(18):289-297.
[11] 馮賢洋，何荇兮，符禮丹，等.基于注意力機(jī)制的雙向門控循環(huán)單元網(wǎng)絡(luò)齒輪故障識(shí)別系統(tǒng)[J].汽車工程學(xué)報(bào)，2023,13(1):111-117.
文章來源：微型電腦應(yīng)用
展開 技術(shù) | 鎂合金焊接技術(shù)的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用
在攪拌摩擦焊過程中，金屬不發(fā)生熔化，焊接時(shí)溫度相對(duì)較低，因此不存在熔焊時(shí)產(chǎn)生的那些缺陷，而且焊接過程中無飛濺、無氣孔、無煙塵，無需添絲和保護(hù)氣體，因此，對(duì)于鎂合金的焊接具有獨(dú)特的優(yōu)勢。通過對(duì)攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度、傾角及插入速度和工件的行進(jìn)速度等工藝參數(shù)的研究，發(fā)現(xiàn)在一個(gè)很寬的范圍內(nèi)均能得到令人滿意的焊縫，焊縫上下表面光滑，幾乎無變形。
由于焊接過程中不僅有塑性流動(dòng)過程，而且同時(shí)伴隨著動(dòng)態(tài)恢復(fù)和再結(jié)晶過程，所以焊縫組織由中心向外分為3個(gè)部分：熔核區(qū)、機(jī)械熱影響區(qū)和熱影響區(qū)。接頭顯微組織見圖4。
熔核區(qū)金屬在攪拌頭的作用下，溫度較高，應(yīng)變速率較大，金屬不斷地發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，得到高位錯(cuò)密度的再結(jié)晶組織，晶粒為等軸晶，并且晶粒和位錯(cuò)分布均勻。而在機(jī)械熱影響區(qū)內(nèi)組織由于存在塑性流動(dòng)的趨勢而接近等軸晶，在熱影響區(qū)的組織進(jìn)一步長大。由于接頭區(qū)晶粒得到了細(xì)化，所以接頭的硬度等于或高于母材，接頭強(qiáng)度達(dá)到母材的85%以上，有的與母材等強(qiáng)，在攪拌區(qū)內(nèi)的細(xì)晶區(qū)強(qiáng)度甚至高于母材，如圖5所示。
接頭的延展性同樣由于晶粒的細(xì)化而好于母材(見圖6)。攪拌摩擦焊接不僅可以成功地連接同種材料，而且對(duì)于鎂合金與其它材料的連接同樣適用。
美國得克薩斯州立大學(xué)的Anand研究了AZ31鎂合金與6061鋁合金的攪拌摩擦焊，形成的接頭形貌、硬度分布及元素分布如圖7所示。由于鎂和鋁兩種材料在焊接過程中漩渦狀流動(dòng)，使得攪拌區(qū)內(nèi)分為Mg、Al元素含量各不相同的片狀剪切帶。由于焊接過程同樣存在大的塑性變形和固態(tài)流動(dòng)，使得攪拌區(qū)內(nèi)同樣得到由動(dòng)態(tài)再結(jié)晶得到的細(xì)晶組織。
總之，鎂合金的攪拌摩擦焊可以獲得無缺陷的焊接接頭，顯微組織與其它材料的攪拌摩擦焊接頭相似，在攪拌區(qū)內(nèi)為再結(jié)晶的等軸晶。
展開 
汽車制造不可或缺的鎂合金材料之焊接技術(shù)
采用Nd：YAG激光器和CO2激光器對(duì)6種鑄造鎂合金和4種擠壓鎂合金進(jìn)行激光焊接性研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)對(duì)相同成份和不同成份的鎂合金，厚度從2～8mm，均可利用激光焊接，并可得到很窄的焊縫和很大的熔深。
激光焊接鎂合金的缺陷主要為氣孔、熱影響區(qū)熱裂紋及凝固裂紋。另外，鎂合金對(duì)激光的反射率較大也是鎂合金激光焊中需要注意的問題，這使激光焊接鎂合金熔深較淺。相比而言，電子束焊接得到的熔深最大，且遠(yuǎn)超過激光焊接。
3.電子束焊
電子束可以焊透30mm的鎂合金板，熔化區(qū)的組織幾乎都是10mm左右的等軸晶。電子束焊接可以避免很多焊接缺陷，如孔洞、咬邊、根部凹陷及較寬的熱影響區(qū)等。經(jīng)過工藝優(yōu)化，如調(diào)整聚焦位置到根部，優(yōu)化焊接參數(shù)等，焊縫的極限抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到母材83%（有表面應(yīng)力集中）和96%（無應(yīng)力集中）。
電子束焊接通常為真空焊接，金屬氣體的揮發(fā)對(duì)真空室的污染很大。研究發(fā)現(xiàn)非真空電子束非常適用于鎂合金的焊接。AZ31變形鎂合金和AM50A以及AZ91D鑄造鎂合金在適當(dāng)?shù)暮附庸に囅戮傻玫搅己玫慕宇^。相對(duì)較高的能量密度可以允許焊接速度達(dá)到15m/min，這樣熱輸入較小，焊接效率高。通過填絲可以得到無疏松、縮孔和氣孔等缺陷的焊縫，接頭的靜載荷可以與母材相當(dāng)，接頭的抗腐蝕性能甚至好于母材。高速、高效且可以實(shí)現(xiàn)高自動(dòng)化的非真空電子束焊接為鎂合金的大面積應(yīng)用提供了新的途徑。
4.電阻點(diǎn)焊
電阻點(diǎn)焊因其成本極低、工藝穩(wěn)定成為汽車工業(yè)中最主要的焊接方法。鎂合金導(dǎo)熱率高、電阻值小，電阻點(diǎn)焊鎂合金時(shí)需要在短時(shí)間內(nèi)通很高的電流，使產(chǎn)熱速率遠(yuǎn)大于散熱速率。這個(gè)性能與鋁合金性能相似，因此能夠焊接鋁合金的點(diǎn)焊設(shè)備也能夠焊接鎂合金。電焊機(jī)的成本與變壓器次級(jí)線圈電流負(fù)荷成正比。相同板厚下，電阻點(diǎn)焊鋼所需的電流遠(yuǎn)小于鎂合金，因此鎂合金的焊接設(shè)備昂貴。
展開 鎂合金焊接的十大工藝與常見缺陷
熔化極和非熔化極氬弧焊焊絲選擇
WE-33M鎂合金焊絲是由美國R&D工業(yè)公司1987年研發(fā)，用于解決各種變形鎂合金及鑄造鎂合金在維修中的運(yùn)用，2010年由威歐丁(天津)焊接技術(shù)有限公司引進(jìn)中國大陸，主要用于解決常見的AZ31,AZ61,ZA91,AZ93等鎂合金的焊接，多用于廚具，汽車配件，自行車，航空航天等領(lǐng)域。
WE-33M鎂合金焊絲適用于氣焊和TIG氬弧焊各種鍛造鎂合金，鑄造鎂合金的焊接，對(duì)于常見鎂合金具有很好的抗裂性能，焊層可以適宜于熱處理。
WE-33M用于各種鍛壓鎂合金及鑄造鎂合金，廣泛應(yīng)用于光學(xué)儀器 ，航空航天，汽車配件及民用鎂制品和工藝品的焊接，是用于焊修鎂合金斷裂，裂紋，沙眼氣孔的專用鎂合金焊絲。
鎂合金氬弧焊安全規(guī)程
1)焊接工作場地必須備有防火設(shè)備，如砂箱、滅火器、消防栓、水桶等。易燃物品距離焊接場所不得小于5m。若無法滿足規(guī)定距離時(shí)，可用石棉板、石棉布等妥善覆蓋，防止火星落入易燃物品。易爆物品距離焊接所不得小于10m。氬弧焊工作場地要有良好的自然通風(fēng)和固定的機(jī)械通風(fēng)裝置，減少氬弧焊有害氣體和金屬粉塵的危害。
2)手工鎢極氬弧焊機(jī)應(yīng)放置在干燥通風(fēng)處，嚴(yán)格按照使用說明書操作。使用前應(yīng)對(duì)焊機(jī)進(jìn)行全面檢查。確定沒有隱患，再接通電源。空載運(yùn)行正常后方可施焊。保證焊機(jī)接線正確，必須良好、牢固接地以保障安全。焊機(jī)電源的通、斷由電源板上的開關(guān)控制，嚴(yán)禁負(fù)載扳動(dòng)開關(guān)，以免形狀觸頭燒損。
3)應(yīng)經(jīng)常檢查氬弧焊槍冷卻水系統(tǒng)的工作情況，發(fā)現(xiàn)堵塞或泄漏時(shí)應(yīng)即刻解決，防止燒壞焊槍和影響焊接質(zhì)量。
4)焊人員離開工作場所或焊機(jī)不使用時(shí)，必須切斷電源。若焊機(jī)發(fā)生故障，應(yīng)由專業(yè)人員進(jìn)行維修，檢修時(shí)應(yīng)作好防電擊等安全措施。焊機(jī)應(yīng)至少每年除塵清潔一次。
展開 《Materials & Design》：變形鎂合金的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶
現(xiàn)有多種熱機(jī)械加工方法，例如單軸熱壓縮、軋制、扭轉(zhuǎn)、擠壓以及攪拌摩擦加工等已被用于調(diào)整鎂合金的織構(gòu)和組織。在熱機(jī)械加工過程中，晶粒在高溫下可能會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的塑性變形和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶(DRX)。盡管已經(jīng)對(duì)鎂合金進(jìn)行了大量的研究，但是對(duì)晶粒尺寸和織構(gòu)的同時(shí)變化對(duì)再結(jié)晶鎂合金力學(xué)行為的影響認(rèn)知仍不透徹。
美國田納西大學(xué)等單位的研究人員探討了DRX對(duì)熱機(jī)械加工過程中Mg合金晶粒尺寸和織構(gòu)的變化以及對(duì)機(jī)械性能的綜合影響，對(duì)加工變量、晶粒細(xì)化和織構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。相關(guān)論文以題為“Dynamic recrystallization of a wrought magnesium alloy: Grain size and texture maps and their application for mechanical behavior predictions”發(fā)表在Materials & Design。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.matdes.2021.109562
本研究使用的原料是商用AZ31B鎂合金板，軋制板的尺寸為500×100×6.5mm，通過電火花加工成壓縮載荷方向(CLD)與TD平行的圓柱試樣(直徑6mm，高6mm)，下文中，RD、TD、ND、CLD和TLD分別指軋制、橫向、法向、壓縮載荷和拉伸載荷方向。
對(duì)于給定的Zener-Hollomon參數(shù)(Z)從1×106至1×1015s-1，研究了熱壓縮過程中由于DRX引起的晶粒細(xì)化過程與應(yīng)變(10-15%)的函數(shù)。在Z值高于1011s-1時(shí)出現(xiàn)明顯DRX，DRX隨應(yīng)變量增加而增大，但是平均DRX晶粒尺寸并未隨應(yīng)變?cè)黾佣兓?/span>
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