挤压比
挤压筒腔的横断面面积同挤压制品总横断面面积之比
挤压比(extrusion ratio)是指挤压筒腔的横断面面积同挤压制品总横断面面积之比,也叫挤压系数。挤压比是挤压生产中用于表示金属变形量大小的参数。挤压比的选择与合金种类、挤压方法、产品性能、挤压机能力、挤压筒内径及锭坯长度等因素有关。如果挤压比值选用过大,挤压机会因挤压力过大而发生“闷车”,使挤压过程不能正常进行,甚至损坏工具,影响生产率。如果挤压比值选用过小,挤压设备的能力不能得到充分利用,也不利于获得组织和性能均匀的制品。
对合金微观组织
两种挤压比(16和32)条件下,挤压态Mg-6xZn-xY合金微观组织中a-Mg基体晶粒尺寸随着Zn、Y含量的增加而逐渐减小。Mg-Zn-Y合金经热挤压后,微观组织均不同程度出现了细小的再结晶晶粒。当合金中Zn、Y元素含量相同,挤压比由16增加至32时,a-Mg基体晶粒尺寸显著减小,再结晶过程更加充分。挤压比为32和16时,试样所对应的真应变分别为3.45和2.76,挤压速度大致相同,因此挤压比越大,应变速率越大。Mg-Zn-Y合金平均晶粒尺寸与Z函数有关。
当应变速率较快时,Mg-Zn-Y合金中位错密度越来越严重并且聚集在晶界处,导致挤压比较大的试样晶界处的晶格畸变程度较高,贮存能量更高,为动态再结晶形核提供有利条件。
挤压态Mg-6Zn-1Y和Mg-4.5Zn-0.75Y(挤压比32)合金主要由a-Mg、I相、X相(Mg-Zn-Y)组成。 随着Zn、Y含量的增多,第二相体积百分含量增多。当合金中zn、Y元素含量相同时,挤压比为32的Mg-Zn-Y合金微观组织中第二相体积百分含量较挤压比为16的多,其中,前者第二相颗粒尺寸更小且在基体中分布更弥散。Mg-6Zn-1Y微观组织中有许多不规则的第二相颗粒聚集到一起,这是因为合金元素含量较高,第二相含量较多,尺寸较大,从而导致挤压过程中易出现聚集现象。
采用定量金相法对不同挤压比下的Mg-Zn-Y合金微观组织中旷Mg基体平均晶粒尺寸和第二相体积百分含量行统计。当挤压比为16时,Mg-3Z-0.5Y中第二相体积百分含量约为4.5%,而Mg-6Zn-lY中第二相体积百分含量约为10.6%,相对应试样的a-Mg基体平均晶粒尺寸由20.2μm减小到14.6μm。而挤压比为16的合金中第二相主要为I相,I相与a-Mg基体之间的界面能很低,易形成稳定结构,因此I相可以有效抑制位错运动。在热变形过程中,I相周围位错密度显著高于其他区域,而再结晶易发生在晶格畸变处,因此I相可以抑制再结晶晶粒长大。当合金中Zn、Y元素含量相同时,挤压比为32的Mg-Zn-Y合金微观组织中第二相体积百分含量相对较多,a-Mg基体平均晶粒尺寸较小。
对合金力学性能
随着挤压比从16增加到32时,Zn、Y元素含量相同的Mg-Zn-Y合金抗拉强度和屈服强度均大幅提高。其中,合金抗拉强度由264 MPa(挤压比16)提高到337脚a(挤压比32),提高了27.7%。屈服强度由169MPa(挤压比16)提高到237MPa(挤压比32),提高了40.3%,而延伸率却从19.2%降至14.6%。
挤压比为16时,Mg-Zn-Y合金微观组织中第二相较多,呈颗粒状分布在旷Mg基体中,因此相比挤压态Mg-6xZn-xY合金a-Mg基体晶粒尺寸及第二相含量于挤压比为32时的Mg-Zn-Y而言,其第二相对a-Mg基体变形阻碍作用减弱,塑性有一定提升。
挤压比为32时,动态析出的第二相密集地分布在晶界处,从而能够阻碍位错运动,促进位错堆积。另外,I相与a-Mg基体形成稳定的界面,阻碍原子扩散,抑制晶粒长大。同时,Zn、Y元素含量相同的合金,挤压比大,I相体积百分含量就多。I相粒子对晶界有很强的钉扎作用,能够阻碍晶界之间的相对滑移,从而使合金的强度提高。
而且,挤压比为16时,随着Zn、Y含量的增高,I相体积百分含量也增高,合金的强度和延伸率都有提高。因此,I相在热变形过程中展现了良好的塑性和强化作用。
与形变程度关系
挤压比同变形程度有如下关系:
(1)挤压比增大时,金属流出模孔的困难程度会增大,挤压力也增大;
(2)当其他条件相同时,挤压比增大,挤压时锭坯外层金属向模孔流动的阻力也增大,因此使内外部金属流动速度差增大,变形不均匀;
(3)但当挤压比增加到一定程度后,剪切变形深入到内部,变形开始向均匀方向转化。研究证明,当挤压变形程度达到85%~90%时,挤压金属流动均匀,制品内外层的力学性能也趋于均匀。
变化因素
挤压比的选择与合金种类、挤压方法、产品性能、挤压机能力、挤压筒内径及锭坯长度等因素有关。如果挤压比值选用过大,挤压机会因挤压力过大而发生“闷车”,使挤压过程不能正常进行,甚至损坏工具,影响生产率。如果挤压比值选用过小,挤压设备的能力不能得到充分利用,也不利于获得组织和性能均匀的制品。挤压比一般应满足下列要求:
1.一次挤压的棒、型材≥8~12;
2.轧制、拉拔、锻造用毛坯≥5;
3.二次挤压用毛坯不限。
断口形貌
合金在两种挤压比下的室温拉伸断口形貌,断口处存在大量韧窝,因此判定为韧性断裂。大部分韧窝底部均可以清晰地看到第二相颗粒,韧窝尺寸也与第二相颗粒尺寸呈一定的正相关关系。由位错理论可知,第二相颗粒周围堆积位错环,当受外力时,第二相颗粒周围的位错环会向第二相颗粒移动。当第二相颗粒与基体界面产生显微空洞后,后续的位错环不断移向显微空洞,使显微空洞不断长大、聚集。
合金在不同挤压比下的拉伸断口形貌中韧窝形状有明显不同。当挤压比为16时,断口形貌中韧窝为拉长韧窝;而挤压比为32时,断口形貌中韧窝为等轴韧窝。这是试样受不同应力状态所造成的。当试样仅受拉伸应力作用时,韧窝形状为等轴状。
挤压比为16时,合金表现为典型的45°剪切断口形貌。当材料的抗剪切强度低于其抗拉强度时,在试样横截面的应力虽未达到其抗拉强度,但沿45°切应力足以让试样破坏,被拉长的韧窝也恰好说明此点。挤压比为32时,合金断口表面较平坦,为正断形貌。
总结
(1)随着挤压比由16增加至32,Mg-Zn-Y合金中第二相体积百分含量增多,a-Mg基体晶粒尺寸减小,合金的强度得到提高。
(2)当挤压比为32时,Mg-Zn-Y合金的综合力学性能较优,抗拉强度、屈服强度及延伸率分别达到了337MPa、237MPa和14.6%。
(3)在两种挤压比下,Mg-Zn-Y合金均呈现良好的塑性,室温拉伸均为韧性断裂。
参考资料
最新修订时间:2024-08-26 20:33
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