1、第 15 卷 第 4 期 精 密 成 形 工 程 2023 年 4 月 JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING 91 收稿日期：20221025 Received：2022-10-25 基金项目：河南省科技攻关项目（192102310244）Fund：Henan Provincial Department of Science and Technology Research Project(192102310244)作者简介：郭正华（1988），女，硕士，讲师，主要研究方向为汽车材料加工。Biography：GUO Zheng-hua(1988-),Fe
2、male,Master,Lecturer,Research focus:automotive material processing.引文格式：郭正华,李志强.含稀土汽车用耐热镁合金的热变形行为J.精密成形工程,2023,15(4):91-98.GUO Zheng-hua,LI Zhi-qiang.Hot Deformation Behavior of Heat Resistant Magnesium Alloy Containing Rare Earth for Auto-mobileJ.Journal of Netshape Forming Engineering,2023,15(4):9
3、1-98.含稀土汽车用耐热镁合金的热变形行为 郭正华，李志强（济源职业技术学院 汽车工程学院，河南 济源 459000）摘要：目的目的 为了开发出汽车用低成本、高性能 MgSm 系耐热镁合金，需要考察镁合金热变形过程中变形温度、应变速率等对镁合金流变行为的影响，并建立流变应力本构方程，从而为实际工业生产中的加工工艺提供理论依据。方法方法 采用 Gleeble3800 型热力模拟试验机在变形温度 350450、应变速率 0.0011 s1的条件下对 Mg3.8Sm1.2Zn0.5Zr 镁合金进行等温压缩变形，建立 Mg3.8Sm1.2Zn0.5Zr 镁合金的流变应力本构方程，并对本构方程模型进行
4、应变补偿。结果结果 均匀化态 Mg3.8Sm1.2Zn0.5Zr 镁合金中可见2040 m 的等轴晶晶粒和未回溶的第二相，主要物相为 Mg 和(Mg,Zn)3Sm 相。Mg3.8Sm1.2Zn0.5Zr镁合金的热变形激活能 Q=238.95 kJ/mol，应力水平参数=0.014 0，结构因子 A=3.662 81016。建立了Mg3.8Sm1.2Zn0.5Zr 镁合金的双曲正弦 Arrhenius 流变应力本构方程，并用温度补偿变形速率因子参数 Z表达了 Mg3.8Sm1.2Zn0.5Zr 镁合金流变应力本构方程。等温压缩热变形过程中，基于应变补偿的流变应力本构方程模型的相关系数为 0.99
5、3 9，绝对平均误差为 6.898%，均方根误差为 5.813，计算结果和试验值吻合较好。结论结论 基于应变补偿的流变应力本构方程模型可以较为准确地对 Mg3.8Sm1.2Zn0.5Zr 镁合金的流变应力进行预测。关键词：Mg3.8Sm1.2Zn0.5Zr 镁合金；变形温度；变形速率；本构方程；应变补偿 DOI：10.3969/j.issn.1674-6457.2023.04.011 中图分类号：TG146.22 文献标识码：A 文章编号：1674-6457(2023)04-0091-08 Hot Deformation Behavior of Heat Resistant Magnesium
6、 Alloy Containing Rare Earth for Automobile GUO Zheng-hua,LI Zhi-qiang(School of Automotive Engineering,Jiyuan Vocational and Technical College,Henan Jiyuan 459000,China)ABSTRACT:In order to develop Mg-Sm series heat-resistant magnesium alloys with low cost and high performance for auto-mobiles,The
7、work aims to investigate the influence of deformation temperature and strain rate on the rheological behavior of magnesium alloys during hot deformation,establish the constitutive equation of flow stress,and provide a theoretical basis for processing technology in actual industrial production.The is
8、othermal compression deformation of Mg-3.8Sm-1.2Zn-0.5Zr magnesium alloy at deformation temperature of 350-450 and strain rate of 0.001-1 s1 was carried out by Gleeble-3800 thermal simulation testing machine,the rheological stress constitutive equation of Mg-3.8Sm-1.2Zn-0.5Zr magnesium alloy was 92
9、精 密 成 形 工 程 2023 年 4 月 established,and the strain compensation was carried out for the constitutive equation model.The results show that in the ho-mogenized Mg-3.8Sm-1.2Zn-0.5Zr magnesium alloy,there were 20-40 m equiaxed grains and undissolved second phase,the main phase was-Mg and(Mg,Zn)3Sm phases
10、;hot deformation activation energy of Mg-3.8Sm-1.2Zn-0.5Zr magnesium alloy Q=238.95 kJ/mol,stress level parameter=0.014 0,structure factor A=3.662 81016,the hyperbolic sine Arrhenius flow stress constitutive equation of Mg-3.8Sm-1.2Zn-0.5Zr magnesium alloy and the flow stress constitutive equation o
11、f Mg-3.8Sm-1.2Zn-0.5Zr magnesium alloy expressed by the temperature compensated deformation rate factor Z were established;during isothermal compression hot deformation,the correlation coefficient is 0.993 9,the absolute average error is 6.898%,and the root mean square error is 5.813 of the strain c
12、ompensated rheological stress constitutive equation model,the calculated results were in good agreement with the experimental values.The strain compensated rheological stress constitutive equation model can accu-rately predict the rheological stress of Mg-3.8Sm-1.2Zn-0.5Zr magnesium alloys.KEY WORDS
13、:Mg-3.8Sm-1.2Zn-0.5Zr magnesium alloy;deformation temperature;deformation rate;constitutive equation;strain compensation 镁合金由于具有密度低、比强度高、导电导热性和阻尼性能好等优点，被誉为“21 世纪绿色工程材料”1，在汽车、交通运输、电子和航空航天等领域有着广阔的应用前景，尤其是随着近年来汽车轻量化要求的提高，具有良好高温强度和抗蠕变性能的低成本耐热镁合金（以稀土、Si 和 Ag 为主要合金元素的合金）的开发与应用成为了业界普遍关注的重点2。稀土作为镁合金中重要的强化元素
14、，可以起到净化除杂、固溶强化和沉淀强化等作用，是未来镁合金的重要发展方向3。其中，稀土 Gd、Nd 和 Y 等元素加入到镁合金中已被证实有助于改善镁合金的力学性能、耐热性和耐腐蚀性能等，如 Gd 加入镁合金可以形成MgGd、Mg3Gd 等稳定化合物，产生强化效果，从而提高强度和耐热性；Nd 加入镁合金中可以形成针状Mg5Nd 强化相而提高室温/高温力学性能和耐腐蚀性能等4-6，但是关于镁合金中具有最大固溶度（5.8%）的轻稀土元素 Sm 的研究报道相对较少，目前 MgSm系镁合金的研究主要集中在成分设计（Zn、Ca、Zr、Ce 等）、热处理工艺（固溶、时效温度和时间）优化等方面7-9，对于作为
15、镁合金研究重点的高温流变行为方面的研究未见报道。文中以自制 Mg3.8Sm 1.2Zn0.5Zr 镁合金为研究对象，考察热变形过程中变形温度、应变速率对镁合金流变行为的影响，建立流变应力本构方程并进行应变补偿，研究结果可为实际工业生产中 MgSm 系镁合金挤压、轧制和锻造等加工工艺提供理论依据，并可为制备低成本汽车用耐热镁合金的开发与应用提供参考。1 试验材料与方法 以高纯 Mg（纯度为 99.96%）、高纯 Zn（纯度为99.98%）、Mg18%Sm 和 Mg28%Zr（质量分数）为原料，在井式坩埚炉中进行镁合金的熔炼及钢制水冷模的浇铸，保护气为 99%（体积分数）CO2+1%（体积分数）S
16、F6 的混合气体，浇铸温度为 730，浇铸前将模具预热至 180。通过 Thermo Scientific Xseries 型等离子体质谱仪测得Mg3.8Sm1.2Zn 0.5Zr 镁合金铸锭元素成分，如表 1 所示。表 1 试验合金的实测化学成分 Tab.1 Measured chemical composition of experimental alloy Elements Sm Zn Zr Mg Mass fraction/%3.79 1.23 0.49 Bal.在 Nabertherm VHT81800 型真空箱式炉中对铸态 Mg3.8Sm1.2Zn0.5Zr镁合金进行 515/10 h的均匀化退火处理，然后空冷至室温。采用线切割的方法从均匀化态 Mg3.8Sm1.2Zn0.5Zr 镁合金上截取10 mm15 mm 试样进行单轴等温压缩试验，试样表面粗糙度 Ra=0.7 m。在 Gleeble3800 型热力模拟试验机上对镁合金试样进行应变量 50%的等温压缩变形，变形温度分别 350、400、450（均大于 0.5 Tm，Tm为镁合金熔点 650），应变速率分别为 0.00