變形鎂合金AZ31的織構(gòu)演變與力學(xué)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(xué)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(xì)化晶粒、改善合金的組織結(jié)構(gòu)來提高合金的力學(xué)性能。與鑄造鎂合金相比，變形鎂合金的綜合力學(xué)性能優(yōu)異；但常規(guī)變形鎂合金在熱變形后一般會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)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(xì)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(duì)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(duì)稱熱擠壓AZ31鎂合金板材的顯微組織、織構(gòu)特征及力學(xué)性能；(4)晶粒尺寸及織構(gòu)對(duì)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(dòng)態(tài)再結(jié)晶，伴隨晶粒細(xì)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(xì)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(qiáng)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(qiáng)的{0002}基面織構(gòu)。熱軋純鎂中動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的形核機(jī)制主要為基于孿生的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶形核機(jī)制。由于動(dòng)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(cuò)密度低，畸變能小，對(duì)動(dòng)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(qiáng)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(qiáng)度變化明顯。慢輥速側(cè)織構(gòu)強(qiáng)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(qiáng)度關(guān)于中心層不對(duì)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(qiáng)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(duì)于異步冷軋形變量16％的AZ31鎂合金，其織構(gòu)強(qiáng)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(qiáng)度和抗拉強(qiáng)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(duì)稱熱擠壓，晶粒尺寸由原始態(tài)

7、的75μm細(xì)化至-4μm。非對(duì)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(duì)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(qiáng)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(duì)稱擠壓AZ31鎂合金板材各層的力學(xué)性能差異明顯：上表層的屈服強(qiáng)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(qiáng)度與下表層抗拉強(qiáng)度保持一致。三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)表明上層的力學(xué)性能優(yōu)異。有限元模擬結(jié)果表明：非對(duì)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(duì)稱擠壓板材特殊的織構(gòu)特征。點(diǎn)追蹤的結(jié)果表明：非對(duì)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(dòng)，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)