Mg-1Gd合金織構形成機理及變形行為研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、傳統(tǒng)變形鎂合金中往往形成很強的基面織構,即晶粒c軸垂直于擠壓方向或軋面,導致鎂合金成形性和塑性差,并表現(xiàn)出明顯的力學性能各向異性和拉壓屈服不對稱性,這已成為阻礙變形鎂合金大規(guī)模應用的瓶頸問題。研究表明,鎂合金中添加稀土元素可有效弱化鎂合金板材或棒材的基面織構,從而顯著提高鎂合金成形性和塑性。然而,織構弱化機理尚不明確。因此,有必要對變形鎂稀土合金織構弱化機理及變形行為進行深入系統(tǒng)的研究,這對于開發(fā)高成形性鎂稀土合金材料和豐富鎂合金塑性變

2、形的基礎理論具有重要意義。本文采用光學顯微鏡(OM)、掃描電鏡觀察(SEM)、背散射電子衍射技術(EBSD)等手段,首先對比研究了純鎂和Mg-1Gd合金在軋制及退火過程中的組織、織構演變,揭示了Gd元素對鎂板的織構弱化機理;其次,通過反擠壓后淬火及退火試驗,研究了退火溫度和時間對擠壓Mg-1Gd合金組織及織構的影響規(guī)律,探討了反擠壓Mg-1Gd合金<2(1)(1)1>稀土絲織構形成機理,并研究了擠壓溫度對擠壓態(tài)和退火態(tài)Mg-1Gd合金組

3、織及織構的影響規(guī)律;最后,對Mg-1Gd合金的變形行為進行了研究。一方面,通過室溫拉伸試驗,研究了純鎂和Mg-1Gd合金板材在拉伸過程中的變形行為和織構演變;另一方面,通過室溫壓縮試驗,研究了具有初始<2(1)(1)1>稀土絲織構的Mg-1Gd合金在壓縮過程中的組織及織構演變,并對其變形機制進行了探討。通過一系列研究,取得了如下結論:
  熱變形條件下,Mg-1 Gd合金的織構演變與變形路徑有極大的依賴性。Mg-1Gd合金在300

4、℃軋制過程中形成大量二次孿晶和剪切帶,在隨后400℃退火過程中可作為有效的再結晶形核位置,由此獲得的再結晶晶粒取向比較彌散,可弱化板材織構。Mg-1Gd合金板材的織構相比基面織構發(fā)生了一定的偏轉。Mg-1Gd合金在300~450℃反擠壓時,擠壓態(tài)合金中都存在大量細小的動態(tài)再結晶晶粒和沿擠壓方向拉長的粗大的變形晶粒。隨著擠壓溫度升高,動態(tài)再結晶晶粒尺寸逐漸增大,<10(1)0>織構組分強度逐漸減弱。高溫下錐面

5、軸向擠壓方向偏轉一定角度。雖然擠壓態(tài)合金中觀察到<2(1)(1)1>晶粒在剪切帶處形核,但擠壓態(tài)Mg-1Gd合金棒材中的再結晶晶粒和變形晶粒都呈現(xiàn)典型的<10(1)0>絲織構。
  變形后靜態(tài)退火過程中,Gd元素對板材及棒材再結晶、晶粒長大行為及織構演變有顯著影響。在400℃/5min退火過程中,純鎂和Mg-1Gd合金板材都形成了完全再結晶的組織,但純鎂板材晶粒粗大,并具有很強的基面織構,而Mg-1Gd合金板材晶粒細小均勻,其基面

6、織構較弱。進一步延長退火時間,兩種板材的晶粒長大都不明顯。擠壓Mg-1Gd合金的組織和織構在退火過程中發(fā)生顯著變化。隨著退火溫度的升高,<2(1)(1)1>晶粒發(fā)生擇優(yōu)長大,造成<2(1)(1)1)織構組分不斷強化,而<10(1)0>織構組分逐漸弱化。<2(1)(1)1>晶粒與<10(1)0>晶粒之間儲能的差異為<2(1)(1)1>晶粒的擇優(yōu)長大提供了驅動力。在500℃短時等溫退火(≤40 min)過程中,<2(1)(1)1>晶??焖匍L

7、大,導致<2(1)(1)1>織構組分強度不斷提高。由于織構因素,<10(1)0>晶粒周邊的大角度晶界比率增加,在500℃長時間退火(>40 min)過程中,<1010>晶粒發(fā)生異常長大。
  擠壓Mg-1Gd合金中絲織構的形成還與擠壓溫度密切相關。在350℃擠壓的Mg-1Gd合金中形成大量剪切帶,并在隨后500℃/10min退火過程中發(fā)生<2111>晶粒的擇優(yōu)長大,從而形成較強的<2(1)(1)1>絲織構。而在300℃擠壓時,雖然

8、也形成了大量剪切帶,但在隨后的500℃/10min退火過程中,晶粒長大不充分,仍保留了細小的再結晶組織,導致<2(1)(1)1>絲織構強度較弱。在400℃以上較高溫度擠壓時,變形趨于均勻,滑移的比率增加,剪切帶減少,導致<2(1)(1)1>織構弱化。
  室溫拉伸試驗研究表明,純鎂板材的抗拉強度、屈服強度和延伸率分別為167.6MPa、69.5MPa和5.4%,而Mg-1Gd合金板材的抗拉強度、屈服強度分別為193.5

9、MPa和129.9 MPa,延伸率高達15.6%,強度和延伸率都大幅提高。強度的提高與Gd在鎂中的固溶強化和細晶強化有關,而塑性的提高主要歸因于織構的弱化和晶粒的細化。純鎂板材在拉伸過程中受到板材橫向(TD方向)的壓應力作用形成拉伸孿晶,造成板材TD方向形成一個較弱的織構組分。而在拉伸后的Mg-1Gd合金中,晶粒呈現(xiàn)出明顯的變形,顯示出較好的塑性;Mg-1Gd合金板材在拉伸過程中,基面滑移和拉伸孿生大量啟動,織構發(fā)生明顯變化,晶?;嬷?/p>

10、漸平行于拉伸方向。
  室溫壓縮試驗研究表明,由于擠壓Mg-1Gd合金具有典型的稀土絲織構《2(1)(1)1>∥ED),在沿擠壓方向壓縮變形的初始階段,拉伸孿生和基面滑移是主要的變形模式,共同影響合金力學行為和織構演變。隨著壓縮應變量增大,c軸與壓縮方向夾角逐漸減小,造成織構由初始<2(1)(1)1>絲織構逐漸轉變?yōu)?0001>絲織構(《0001>∥ED)。相比而言,傳統(tǒng)擠壓鎂合金(如AZ31、AM30)中由于存在較強的基面織構《

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