變形鎂合金AZ31的織構(gòu)演變與力學性能.pdf

1、鎂合金作為一種新型輕質(zhì)金屬結(jié)構(gòu)材料，在汽車制造、通訊電子、航空航天等工業(yè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。由于鎂是密排六方(HCP)結(jié)構(gòu)材料，其塑性變形在室溫下僅限于基面{0001}<1120>滑移及錐面{1012}<1011>孿生，因此，鎂合金的室溫塑性加工能力較差。目前大多數(shù)鎂合金制品的加工局限于鑄造，特別是壓鑄成型，然而，鑄件的力學性能不夠理想且容易產(chǎn)生組織缺陷，極大地限制了鎂合金的應(yīng)用范圍。變形鎂合金在鑄造后往往通過熱變形方式(如擠壓、軋

2、制等)細化晶粒、改善合金的組織結(jié)構(gòu)來提高合金的力學性能。與鑄造鎂合金相比，變形鎂合金的綜合力學性能優(yōu)異；但常規(guī)變形鎂合金在熱變形后一般會產(chǎn)生強烈的{0002}基面織構(gòu)，而該織構(gòu)的存在是導(dǎo)致變形鎂合金低的室溫塑性和高的各向異性的主要原因。良好的室溫塑性是變形鎂合金廣泛應(yīng)用的前提之一，而如何通過織構(gòu)控制及晶粒細化法有效地改善和提高鎂合金的室溫塑性成為變形鎂合金工業(yè)發(fā)展中的重要方向。 針對上述問題，本論文開展了如下研究工作：(1)鑄態(tài)

3、純鎂熱軋變形過程中{0002}基面織構(gòu)的演變規(guī)律；(2)異步軋制AZ31鎂合金板材的形變織構(gòu)及退火織構(gòu)；(3)非對稱熱擠壓AZ31鎂合金板材的顯微組織、織構(gòu)特征及力學性能；(4)晶粒尺寸及織構(gòu)對AZ31鎂合金室溫壓縮變形行為的影響。主要結(jié)論如下： 鑄態(tài)純鎂在400℃熱軋過程中發(fā)生了明顯的動態(tài)再結(jié)晶，伴隨晶粒細化和{0001}基面織構(gòu)的形成。隨著軋制道次的增加，晶粒逐漸細化，晶粒大小趨于均勻，孿晶數(shù)量減少；織構(gòu)由初始態(tài)的無規(guī)則取向

4、逐漸轉(zhuǎn)化為{0002}基面織構(gòu)，且基面織構(gòu)的強度隨著熱軋變形量的增加而增加。經(jīng)多道次熱軋后(ε=78％)，純鎂板材內(nèi)部形成均勻的等軸晶組織和較強的{0002}基面織構(gòu)。熱軋純鎂中動態(tài)再結(jié)晶的形核機制主要為基于孿生的動態(tài)再結(jié)晶形核機制。由于動態(tài)再結(jié)晶過程中具有基面取向的晶粒不易產(chǎn)生滑移，位錯密度低，畸變能小，對動態(tài)再結(jié)晶不敏感，隨著熱軋變形量的不斷增加，具有基面取向的晶粒數(shù)量增多，最終在板材內(nèi)部產(chǎn)生較強的{0002}基面織構(gòu)。 熱

5、擠壓態(tài)鎂合金板材內(nèi)部的主要織構(gòu)組分為(1017)[0772](90°，15°，0°)織構(gòu)和(1126)[2021](60°，10°，30°)織構(gòu)；經(jīng)異步冷軋后，板材內(nèi)部的織構(gòu)類型保持不變，但織構(gòu)強度變化明顯。慢輥速側(cè)織構(gòu)強度較快輥速側(cè)變化幅度大，隨著異步冷軋形變量的增加，織構(gòu)強度關(guān)于中心層不對稱的趨勢增加。不同變形量異步軋制AZ31鎂合金板材經(jīng)不同溫度退火處理后，鎂合金板材的主要織構(gòu)組分保持不變，強度發(fā)生變化，(1017)[0772]、

6、(1126)[2021]織構(gòu)在退火過程中弱化明顯。鎂合金織構(gòu)弱化與其在退火過程中發(fā)生再結(jié)晶有直接關(guān)系，對于異步冷軋形變量16％的AZ31鎂合金，其織構(gòu)強度及顯微組織在300℃及以上保持穩(wěn)定，表明再結(jié)晶充分完成的最低溫度為300℃。同步軋制與異步軋制工藝的結(jié)果比較表明異步冷軋退火態(tài)AZ31鎂合金板材的屈服強度和抗拉強度與同步冷軋退火態(tài)基本保持一致，但室溫延伸率有顯著提高。 鑄態(tài)AZ31鎂合金經(jīng)400℃非對稱熱擠壓，晶粒尺寸由原始態(tài)

7、的75μm細化至-4μm。非對稱熱擠壓制備的AZ31鎂合金板材厚度方向上存在晶粒尺寸梯度，上表層(有倒角側(cè))平均晶粒尺寸最小(2.50μm)；下表層最大(3.67μm)；中間層晶粒尺寸介于兩者之間(3.13μm)。鑄態(tài)AZ31鎂合金經(jīng)400℃非對稱熱擠壓，板材內(nèi)部形成織構(gòu)。上表層的織構(gòu)為{0002}基面織構(gòu)，但強度較弱，且發(fā)生ND向RD方向約15°傾轉(zhuǎn)。中層織構(gòu)表現(xiàn)為漫散弱化的{0002}基面織構(gòu)，TD方向的漫散程度大于RD方向。下表層

8、織構(gòu)為典型的{0002}基面織構(gòu)。非對稱擠壓AZ31鎂合金板材各層的力學性能差異明顯：上表層的屈服強度明顯低于中層及下層，但延伸率有較大提高；上表層的抗拉強度與下表層抗拉強度保持一致。三點彎曲試驗表明上層的力學性能優(yōu)異。有限元模擬結(jié)果表明：非對稱擠壓過程中，45°倒角的存在引入較大的切應(yīng)變，改變金屬材料的流變，從而形成了非對稱擠壓板材特殊的織構(gòu)特征。點追蹤的結(jié)果表明：非對稱擠壓過程中，倒角的存在使擠壓板材內(nèi)部出現(xiàn)應(yīng)變速率梯度；應(yīng)變速率梯

9、度是導(dǎo)致晶粒尺寸梯度的重要原因。 熱擠壓AZ31鎂合金壓縮及拉伸的Hall-Petch關(guān)系分別為：σ0.2=22+390d1/2；σ0.2=80+303d1/2。熱擠壓AZ31鎂合金室溫下發(fā)生塑性變形過程中，除了基面滑移開動，非基面滑移及孿生發(fā)揮了重要作用。具有{0002}纖維織構(gòu)的熱擠壓AZ31鎂合金棒材在平行于擠壓方向承受壓應(yīng)力過程中，基面滑移及{1012}孿生是主要變形方式，{1012}孿晶的發(fā)生使得晶粒取向發(fā)