Mg-1Gd合金織構(gòu)形成機理及變形行為研究.pdf

1、傳統(tǒng)變形鎂合金中往往形成很強的基面織構(gòu)，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(gòu)，從而顯著提高鎂合金成形性和塑性。然而，織構(gòu)弱化機理尚不明確。因此，有必要對變形鎂稀土合金織構(gòu)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(gòu)演變，揭示了Gd元素對鎂板的織構(gòu)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(gòu)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(gòu)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(gòu)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(gòu)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(gòu)的Mg-1Gd合金在壓縮過程中的組織及織構(gòu)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(jié)論:
　　熱變形條件下，Mg-1 Gd合金的織構(gòu)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(jié)晶形核位置，由此獲得的再結(jié)晶晶粒取向比較彌散，可弱化板材織構(gòu)。Mg-1Gd合金板材的織構(gòu)相比基面織構(gòu)發(fā)生了一定的偏轉(zhuǎn)。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(jié)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(jié)晶晶粒尺寸逐漸增大，<10(1)0>織構(gòu)組分強度逐漸減弱。高溫下錐面

5、軸向擠壓方向偏轉(zhuǎn)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(jié)晶晶粒和變形晶粒都呈現(xiàn)典型的<10(1)0>絲織構(gòu)。
　　變形后靜態(tài)退火過程中，Gd元素對板材及棒材再結(jié)晶、晶粒長大行為及織構(gòu)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(jié)晶的組織，但純鎂板材晶粒粗大，并具有很強的基面織構(gòu)，而Mg-1Gd合金板材晶粒細小均勻，其基面

6、織構(gòu)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(gòu)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(gòu)組分不斷強化，而<10(1)0>織構(gòu)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(qū)動力。在500℃短時等溫退火(≤40 min)過程中，<2(1)(1)1>晶粒快速長

7、大，導致<2(1)(1)1>織構(gòu)組分強度不斷提高。由于織構(gòu)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(gòu)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(gòu)。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(jié)晶組織，導致<2(1)(1)1>絲織構(gòu)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(gòu)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(gòu)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(gòu)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(gòu)發(fā)生明顯變化，晶粒基面逐

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(gòu)《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(gòu)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(gòu)由初始<2(1)(1)1>絲織構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)?0001>絲織構(gòu)(《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(gòu)《