非均匀轧制变形对镁合金性能影响开题报告

1、 开题报告题目名称非均匀轧制成形对镁合金板材性能影响题目来源a题目类型1导师姓名啊啊啊学生姓名啊啊班级学号0805010606专 业材料成型及控制工程具体内容（课题背景和意义、国内外研究现状、课题主要内容、课题研究方案、日程安排、参考文献）1.课题背景和意义 由于环保、节能方面的压力在许多领域, 传统钢铁材料已逐渐被各种综合性能更为优良的新型材料所替代。近年来,随着航空航天、交通运输、信息产业的发展, 新型轻合金材料的研发日益受到各国的高度重视, 镁合金凭借其优异的性能以及低迷的原镁价格, 促使包括中国在内的世界各国相继设立相关研究课题, 并投入大量人力物力。镁合金的研究开发与应用已成为材料研

2、究的一大热门, 其研究成果也在各个领域得到应用。11镁合金的优点:镁合金的优越性主要表现在以下几方面川密度小, 及钢铁的1/4, 铝合金的2/3, 是最轻的结构合金, 能有效降低部件重量, 节省能源比强度很大, 略低于比强度最高的纤维增强材料比刚度与铝合金、钢铁的基本持平, 远高于工程塑料阻尼性很好, 吸收能量能力强, 具有极佳的减震性,可用于震动剧烈的场合, 用在汽车上可增强汽车的安全性和舒适性导热性好, 稍逊于一般铝合金, 是工程塑料的300倍, 且温度依赖性低, 可用于制造要求散热性能好的电子产品镁合金是非磁性材料, 电磁屏蔽性能好, 抗电磁波干扰能力强, 可用于手机等通讯产品镁合金加工

3、成形性好, 外观质感好, 可制做笔记本电脑、照相机等的外壳镁合金线收缩率很小, 尺寸稳定, 不易因环境改变而改变相对于工程塑料镁合金可全部回收利用, 是有利于环保的一种绿色金属。1.2 镁合金的应用从上个世纪20年代压铸技术问世以来, 镁合金主要应用在汽车、航大等领域, 进入90年代后期, 镁合金开始进入自行车、电子产品及其它民用领域。1.2.1镁合金在航天航空中的应用镁合金的低密度能有效降低部件重量, 很早就应用于航空航天业, 如飞机框架、座椅、机匣和轮毅等大型复杂件多用镁合金铸成。近年来, 镁合金在直升机中的应用日益扩大, 例如eurocopter公司某些机型中的各齿轮箱壳体和盖子均为镁合

4、金制造。我国自行研制了20多种稀土镁合金, 且很多已在航空业得到应用, 如添加的nb的zm6铸造镁合金已经用于歼击机翼肋等。mb8是我国最常用的航空镁合金。1.2.2 镁合金在汽车工业中的应用镁合金在汽车卜的应用可追溯到上世纪30年代, 大众汽车公司推出beetle汽车, 其发动机和传动系统中共用了超过18kg镁合金卿。但由于熔炼困难, 成形性、耐蚀性和抗高温蠕变性差, 镁合金曾一度被认为没有发展潜力。70年代全球石油危机, 汽车业把目光重新投向镁合金, 开发了耐热、as41和as21等合金山, 并通过严格控制fe、cu、ni等杂质含量, 解决镁合金耐蚀问题, 大大促进 镁合金在汽车业的应用。

5、90年代, 镁合金在汽车上的应用大幅增加, 以每年约20%的速度递增, 据预测, 由于节能和环保的压力, 从2000年到2008年, 全球用于汽车的镁合金仍将以15%以上的速度强劲增长。据统计, 汽车尾气排放占大气污染总量的65%,而汽车自重每减轻100kg, 燃油效率就会提高5%。所以各大汽车公司纷纷寻求促进汽车轻量化的办法, 镁合金无疑是理想的选择。目前, 已有很多汽车开始采用镁合金制造的部件8。1.2.3 镁合金在自行车行业中的应用镁合金制造的自行车轻便、舒服, 速度快。用镁合金制造的折叠式自行车车架仅重1.4kg, 整车重4kg。在横断美洲大陆的比赛记录是9天, 使用美国linderb

6、erg公司制造的f一40。全镁白行车, 仅需5天。我国台湾是世界上自行车市场的重要供应地, 目前镁合金己在自行车中投入应用, 已开发出符合astmb107规范要求的镁合金管件和棒材, 成车有镁合金登山车、折叠车锻造件有曲柄、竖管、座管和夹器, 挤压件有轮圈和车架附件。1.2.4 镁合金在3c产业中的应用近年来, 全球it业迅猛发展,3c 产品已成为人们生活不可分割的一部分。镁合金制作的3c产品更轻、更薄、更精致,而且环保、健康, 更具有日寸代的气息, 符合人们追求时尚的心理。镁合金电脑外壳, 不仅质量更轻, 外形美观, 且解决了工程塑料传热差的问题早在1992年,日本nb厂商就推出了镁合金产品

7、。1997年, toshuba公司推出了镁合金外壳的nb电脑, 随后引起镁合金在nb上应用的热潮。1998年以后日本所有的笔记本电脑厂商诸如,sony ,ncc等均推出镁合金外壳机型, 目前二以38cm下机种已全部采用镁合金外壳。我国联想和华硕也部分采用镁合金外壳。以往移动电话机壳大多采用工程塑料, 内壁涂镀铜或铬来屏蔽电磁, 但屏蔽效果不好, 另外回收利用困难, 最终造成环境污染。镁合金具有良好的防电磁性, 对消除消费者在手机电磁波是否对人体有害的疑虑上具有极大吸引力, 且镁合金质量与工程塑料相当, 又可完全回收利用, 因此镁合金代替工程塑将会是手机的发展趋势。目前世界知名品牌已有约60%外

8、壳使用镁合金, nokia也有20%壳体使用了镁合金。镁合金在其它电子产品上也有很多的应用。1999年10月, sony公司发售了两款可携式md播放机, 外壳使用镁合金制造, 开创镁合金应用的新领域川。另外相机顶盖和前盖, 电视和摄影机外壳等也已开始使用镁合金。1.3 镁合金产品的获得方法目前，大多数镁合金产品主要通过铸造方式获得。与铸造镁合金相比，轧制镁合金具有组织晶粒细小、无微观孔洞、无偏析、力学性能更高、结构多样化等优点，因此逐渐获得广泛应用。下面，我们将简要介绍常规镁合金板材轧制技术以及轧制新技术。常规镁合金板材轧制技术常规板材轧制可用二、三、四辊轧机，但多用二辊，大批量生产可用四辊轧

9、机。由于常规冷、热轧的镁板具有强烈的基面结构，各向异性程度高，塑性成形能力差，限制了镁合金板材的应用，为此各国学者提出了多种轧制新技术，旨在提高镁合金板材二次成形性能。镁合金板材轧制新技术1.3.1交叉辊轧制技术（crr）crr 是使轧机上、下工作辊在水平面内与垂直于轧向的轴向形成一定的交叉角,在上下辊间形成抛物线状的辊缝，使轧件在受到轧制压力时沿td 方向产生不同于正常压缩变形的附加剪切变形，为细化组织和改善板材成形性能提供了有利条件。研究表明，在拉伸试验中，crr 板材厚度、拉伸方向应变比与宽度、拉伸方向应变比的差异低于常规轧制，这可能是crr 板材的成形性能优于常规轧制的原因。另外，cr

10、r 板材的宽度方向尤其是厚度方向的应变各向异性程度降低，明显优于常规轧制。1.3.2 大应变轧制技术（lsr）lsr 属于超塑性变形技术，可使材料获得晶粒尺寸小于1m 的超细晶组织，具有强烈的晶粒细化能力。lsr 过程中，板材由于承受独特的应力状态，还可形成不同于普通塑性变形所产生的变形、再结晶织构，从而使材料的成形性能得以提高.如 1.3.3累积叠轧技术(arb)arb 是将表面进行脱脂及加工硬化等处理后的尺寸相等的两块金属薄板材料在一定温度下叠轧并使其自动焊合，主要步骤有切割、表面处理、叠垛、预热、轧制等，可视情况重复进行相同的工艺实现lsr，从而使材料的组织得到细化、夹杂物分布均匀，大幅

11、度提高板材的成形性能。在 arb 工艺中，材料可以反复轧制，累积应变可以达到较大值，在理论上能获得很大的压下量，突破了传统轧制压下量的限制，并可连续制备薄板类的超细晶金属材料，因此arb 被认为是spd 技术中惟一有希望能工业化生产大块超细晶金属材料的方法。1.3.4等径角轧制技术(ecar)ecar 装置是将模具安装于普通双辊轧机上，板材通过轧辊产生一定的轧制变形，然后利用两轧辊与板材表面的摩擦力来提供足够的挤压力使板材通过等径角模具转角，以此实现板材的连续剪切变形。1.3.5 非对称轧制技术（ar）ar 也称异步轧制，可通过改变上、下轧辊直径、转速、摩擦条件来实现。ar 过程中，由于上、下

12、轧辊的线速度不同，使得在轧制变形区形成了一个外力作用条件与应力状态都比较特殊的区域，该区域上、下接触面的摩擦力方向相反，因此被称为“搓轧区”。在搓轧区，上、下表面金属流动速度不同，因而在变形区内引起剪切变形，导致金属表面质量、金相组织、晶体位向和力学性能的变化。此外，ar 还具有提高板材厚度精度、减少轧制道次、节能等优点，在钢板轧制中应用已较为广泛，但在镁合金中的应用则尚少。镁合金板带产业近年来正面临着由厚到薄、由小批量向大规模生产应用的快速发展时期，许多学者致力于镁合金板材轧制技术的研究。但是，人们对于提高镁合金板材成型性的机理尚不清楚，缺乏可靠的理论指导，开发的多数轧制技术仅处于实验室研究

13、阶段，离大规模产业化还有不小的差距。2. 国内外研究现状2. 1 国外发展动态近年来,北美、欧洲和日本等发达国家相继加大了对镁合金开发与应用研究的投入。镁合金应用和研究重点开始从宇航和兵工等领域扩展到民用高附加值产业(如汽车、电脑、通信和家电等) 。特别是由于节能和环境保护的要求,汽车将成为镁合金应用的重要领域。据报道9 ,使用镁合金结构件每辆汽车有减重150kg 的潜力,围绕镁合金材料的开发,争夺国际商业市场的竞争日趋激烈。为此,美国、德国、澳大利亚、日本等国都相继出台了各自的镁研究计划10-13 。例如,美国的rheo2molding 项目重点是研究镁合金件生产新工艺,并取得了一系列成果;

14、 德国1997 年由联邦政府出资2500 万马克的madica (magnesium die casting)镁合金研究开发计划,主要研究压铸镁合金工艺、快速原型化与工具制造技术、切削加工技术、连接技术和半固态成形工艺,并将镁合金应用于诸如汽车、计算机、航空航天等领域,从而提高德国在镁合金应用方面的能力。1995 年“澳大利亚镁研究与发展计划”(简称amrdp) 的协作研究项目由昆士兰金属公司、联邦政府和昆士兰州政府联合实施旨在发展镁金属制品的工业技术3。目前, 世界各国正在加大镁及镁合金的生产。1999 年世界镁的消耗在40 万吨左右,预期在2005 年以前将达到55 万吨。镁合金公司 (m

15、ac) 正在刚果投资5. 14 亿美元,建成一家世界上最大的年产6 万吨的压铸镁合金厂,并计划于2003 年建成投产。澳大利亚目前有9 个镁项目正在研究和发展建设中。另外,以色利、日本、德国、英国、荷兰、俄罗斯等国家也已完成建新厂或正在扩大已有工厂的生产能力。为了降低轿车自重以减少汽油消耗,提高轿车的使用性能,各大汽车公司对镁合金在汽车中的应用研究投入了极大的热情15 ,纷纷积极投资镁合金冶炼基地,确保原材料的供应。世界头号汽车公司美国通用汽车公司与世界上第二大镁业公司挪威norsk hydro 镁业公司达成协议,就增加镁合金在汽车上的应用进行长期合作,norsk hydro 镁业公司将稳定地

16、长期向通用汽车公司提供所需镁合金和镁合金零部件。镁合金在电子器件中应用的增长就更快,日本松下、nec、son y以及欧洲、美国、台湾等著名公司已经用镁合金制造便携式电脑、手提电话、摄录像机壳体,显示出了极强的竟争力9 。2.2 国内发展动态17 我国目前在镁工业方面拥有三项“世界冠军”。第一是镁资源大国,储量居世界首位。在青海盐湖蕴藏着氯化镁32 亿吨,硫酸镁16 亿吨。在辽宁、山西、宁夏、内蒙、河南等省区菱镁矿均有很大储量,仅辽宁大石桥一带的储量就占世界菱镁矿的60 %以上,矿石品位高达40 %。第二是原镁生产大国, 2003 年我国共生产原镁3514 万吨,约占全球总产量的67 %。第三是

17、出口大国,年产量80 %以上的镁出口到国际市场。尽管如此,我国的镁工业还存在着不少问题,主要表现在:1) 原镁生产技术比较落后,质量不够稳定,镁锭中的夹杂物和有害元素含量大大超标,难以满足压铸、板材轧制和冲压等高端产品的生产需求;2) 出口产品绝大多数是廉价的纯镁锭,镁合金出口比重只有15 %左右,镁合金制品出口则更是微乎其微,因此出口利润低效益差,而对于军工生产所需求的高性能镁合金板材和型材还需要从俄罗斯进口;3) 原创性的研究成果缺乏,目前出口的所有镁合金锭几乎全部按照国外的牌号生产,而且在镁合金产品加工中的关键技术和装备大部分依靠进口。3.课题主要内容（1）了解镁合金的性能；（2）分析非

18、均匀扎制变形的特点和受力情况；（3）用marc软件进行数值模拟；（4）将结果导出分析显微结构变化；（5）进行实验，分压缩和扎制；（6）进行金相组织分析和李学实验：、；（7）完成设计说明书。4.课题研究方案在进行工艺设计之前，先查阅有关资料，明确产品的具体要求、现有条件等，为设计合理而可行的非均匀轧制工艺做好准备。学习marc软件，进行工艺过程数值模拟。用压缩实现表面非均匀，然后进行扎制。用实验进行变形，验证性能变化。包括组织细化，织构弱化和力学性能等。根据实验结果撰写毕业论文。5.日程安排（1）3月5日-4月11日查阅相关资料、做开题报告、翻译译文。（2）4月12日-4月30日 学习marc软

19、件。（3）5月1日-5月31日结合marc分析，进行实验，测定结果。（4）6月1日-6月10日总结毕业设计期间的工作经验与研究成果，撰写说明书。（5）6月中旬毕业答辩。6.参考文献1 diem w. magnesium in different applications. auto technology , 2001 ,1 :40412 kamado s ,koike j ,kondoh k,et al. magnesium research trend injapan. materials science forum ,2003 ,419422 :21343曾荣昌,柯伟,徐永波等. mg 合金的最新进展及应用前景. 金属学报,2001 ,37 (7) :6736854王渠东,丁