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AZ31镁合金静态再结晶过程及机理的研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：陈建指导教师：刘天模教授专业：材料科学与工程学科门类：工学重庆大学材料科学与工程学院二O一二年十月Study on Static Recrystallization Process and Mechanism of AZ31 Magnesium AlloyA Thesis Submitted to Chongqing Universityin Partial Fulfillment of the Requirement for theMaster’s Degree of EngineeringByJian ChenSupervised by Prof. Tianmo LiuSpecialty:Material Science and EngineeringCollege of Material Science and Engineering ofChongqing University, Chongqing, ChinaOctober 2012摘要镁合金因其优越的物理性能如密度小，比强度高等，在工业上尤其是汽车和航天航空领域越来越受到重视。
但是由于其密排六方晶体结构室温下滑移系较少且不容易开动，导致了了它的延展性和冷加工性能比较差而限制了它的应用。
因此为了得到复杂的镁合金零件，我们通常使用铸造的方法，但是铸件存在夹杂、成分偏析等难以克服的缺点。
而焊接方法通过将简单的部件组装成复杂件因而丰富了镁合金的应用，但是如何提高焊接件的可靠性又是一个难题。
在镁合金产品加工成型过程中，再结晶过程能既能软化金属、提高其组织均匀性又能控制金属晶粒尺寸因而有重要作用。
而本文对再结晶的研究分为理论和应用两个部分。
论文首先研究了孪晶界对镁合金静态再结晶过程的影响，我们将铸态AZ31镁合金进行4%、8%和12%的压缩和锻造后，再在200和300℃下进行了不同时间的退火保温实验，然后通过金相、XRD和EBSD等实验手段比较了不同变形方式和变形量对孪生的影响以及不同退火保温条件下再结晶现象的差异，最后着重研究了不同的孪晶界对镁合金静态再结晶影响并探讨了其形核与长大的机制。
冷锻AZ31镁合金再结晶过程动力学K inetics of Recrystallization of Cold Forging A Z31Magnesium Alloy刘天模,刘 宇,卢利伟,李 楠,贺 舜,孙朝勇(重庆大学国家镁合金工程技术中心,重庆400044)L IU Tian2mo,L IU Yu,L U Li2wei,L I Nan,H E Shun,SUN Chao2yong(National Engineering Research Center for MagnesiumAlloys,Chongqing University,Chongqing400044,China)摘要:对不同变形量的冷锻AZ31镁合金在不同温度和保温时间下进行退火。
通过对其组织的研究和静态再结晶动力学的分析,结果表明:可以用J MA K方程对其静态再结晶体积分数和退火时间的关系进行描述。
由实验数据计算得到冷锻AZ31镁合金再结晶激活能为5315kJ/mol左右,同时得到各温度下的再结晶完成时间,可为冷锻AZ31镁合金退火工艺的制定提供一定参考。
关键词:冷锻AZ31镁合金;静态再结晶;动力学中图分类号:T G14612+2 文献标识码:A 文章编号:100124381(2009)022*******Abstract:The annealing process was made under different temperat ure and holding time to t he cold forging AZ31magnesium alloy wit h different deformation ratio.The result s show t hat t he relationship between annealing time and volume f raction of t he static recrystallization can be described by t he J MA K equation by t he investigation of micro struct ure evolution and kinetics analysis of static recrys2 tallization.Based on t he experiment data,t he activation energy was calculated to be about5315kJ/ mol,and t he time for static recrystallization completion was calculated,which could be a reference for t he techniques of annealing t reat ment.K ey w ords:cold forging A Z31magnesium alloy;static recrystallization;kinetics 镁合金已经成为国防军事、汽车、电子通讯等产业的重要材料,有可能在若干年后超过铝和铜成为应用量最大的第二种金属材料。
硕士学位论文AZ31镁合金多道次热轧工艺及组织性能研究STUDY ON MICROSTRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES OF AZ31 Mg ALLOY MULTI-PASS HOT ROLLING PROCESS付莉杰哈尔滨工业大学2013年7月国内图书分类号：TG146.2 学校代码：10213 国际图书分类号：621.98 密级：公开工学硕士学位论文AZ31镁合金多道次热轧工艺及组织性能研究硕士研究生：付莉杰导师：刘祖岩教授申请学位：工学硕士学科：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2013年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classified Index: TG146.2U.D.C: 621.98Dissertation for the Master Degree in Engineering STUDY ON MICROSTRUCTURE ANDMECHANICAL PROPERTIES OFAZ31 Mg ALLOY MULTI-PASS HOTROLLING PROCESSCandidate：Fu LijieSupervisor：Prof. Liu ZuyanAcademic Degree Applied for：Master of Engineering Speciality：Materials Processing Engineering Affiliation：School of Material Science andEngineeringDate of Defence：July, 2013Degree-Conferring-Institution：Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要镁合金以其轻质的特点广泛应用于汽车、电子、航空航天等领域；变形镁合金可通过塑性变形获得综合性能良好的成品，轧制技术是生产镁合金板材一种常用的方法，但现阶段的轧制工艺普遍存在轧制道次多，单道次变形量小，生产效率低的问题，大大限制了镁合金的发展，所以，研究高性能镁合金轧制技术对于推动镁合金的发展具有重要意义。
基于数学模型的变形镁合金AZ31B热力学及动态再结晶常玉宝;李诗军【摘要】以铸态AZ31B镁合金为研究对象,分别在应变速率为0.005 s-1、0.05 s-1、05 s-1,变形温度在300℃、350℃、400℃的条件下,采用热变形模拟实验机对铸态合金进行再结晶行为研究,建立并验证了热变形本构方程、再结晶热力学模型和动态再结晶晶粒尺寸模型.研究表明,晶粒在较低应变速率和较高变形温度下更细,减小了晶界处孪晶位错密度,也为降低后续轧制时边裂现象发生的概率提供了依据.【期刊名称】《电焊机》【年(卷),期】2015(045)008【总页数】6页(P65-70)【关键词】AZ31B镁合金;数学模型;热力学;动态再结晶【作者】常玉宝;李诗军【作者单位】白城师范学院数学学院,吉林白城137000;湖南华菱湘潭钢铁有限公司,湖南湘潭411100【正文语种】中文【中图分类】TG4070 前言纯镁及镁合金密度非常小，是目前最轻的金属结构材料，同时它具有比刚度和比强度高、阻尼减振性好及电磁屏蔽性强等诸多特点。
镁合金被认为是21世纪最具发展潜力的金属材料之一，被广泛应用于航空航天、汽车工业和医疗等领域[1]。
国内外很多有色金属研究学者为了揭示镁合金塑性成型的规律和特点，进行了很多关于镁合金塑性变形理论方面的研究。
包括镁合金位错交滑移的特征和机制（如割阶—配对机制、Friedel机制及锁定—解锁机制）；滑移特征及其影响因素（如变形速度、变形温度、合金元素及晶粒度等）；孪生模式、孪晶与滑移之间及孪晶与孪晶之间的交互作用、塑性变形中孪生的作用及影响因素（如变形温度、应变速率、晶粒取向及尺寸等）[2-4]。
铸轧镁板在现代轧制工艺中晶粒尺寸较为粗大，而细化镁合金中晶粒的手段之一就是轧制铸轧镁板。
温度较低时，轧制容易导致边裂，这种边裂是由晶界处产生孪晶位错形成的位错塞积累到一定程度后发生的。
为了降低轧制镁板的边裂现象，研究和控制在一定热变形条件下镁合金的动态再结晶具有重要的意义。
第26卷第4期弹箭与制导学报AZ31镁合金铸态组织及其退火工艺研究3李 艳1,刘奎立2,陈芳雷1(1中北大学,太原 030051;2周口师范学院,河南周口 466000)[摘要]文中以AZ31合金为研究对象,对其铸锭组织及其退火工艺进行研究,为AZ31镁合金由铸态组织直接塑性变形提供一定的参考依据。
[关键词]AZ31镁合金;铸态组织;塑性变形;退火工艺[中图分类号]TG16614 [文献标识码]AThe R esearch for C asting Organization and AnnealingT echnology of AZ31Magnesium AlloyL I Yan1,L IU Kui2li2,CH EN Fang2lei1(1North University of China,Taiyuan030051,China;2Zhoukou Normal University,Henan Zhoukou466000,China) Abstract:This article take the AZ31alloy as the research object,conducts the research to its casting organization and its the annealing technology,provides the certain reference for the direct plastic deformation f rom casting condition organi2 zation of AZ31magnesium alloy.K ey w ords:AZ31magnesium alloy;casting organization;plastic deformation;annealing technology1 引言为节约原材料,缩短加工工艺,提出由镁合金铸坯直接成形产品的方案。
AZ31镁合金孪生和动态再结晶行为及其对流变应力
的影响的开题报告
1.研究背景
AZ31镁合金是一种重要的轻质材料，具有良好的加工性能和高比强度、高比模量等优点，已广泛应用于航空、汽车、电子等领域。
然而，
该合金在加工过程中容易发生塑性变形和微观结构改变，从而影响其力
学性能、耐腐蚀性等。
近年来，人们对AZ31镁合金孪生和动态再结晶行为进行了广泛研究。
孪生作为一种重要的加工机制，不仅可以增强材料的机械性能，同时还
可以影响材料的耐腐蚀性、电导率等性能。
动态再结晶是一种特殊的组
织演变过程，可以减少材料中的晶粒尺寸和残余应力，从而改善其力学
性能。
因此，研究AZ31镁合金孪生和动态再结晶行为对材料加工和性能提升具有重要意义。
2.研究内容
本文将针对AZ31镁合金孪生和动态再结晶行为进行研究，主要研究内容包括：
（1）孪生行为研究：通过金相显微镜、透射电镜等手段观察其孪生形貌和分布规律，探究其对材料力学性能和耐腐蚀性的影响。
（2）动态再结晶行为研究：通过热压实验、随机方向拉伸实验等手段，在不同加工条件下研究材料的动态再结晶行为及其影响因素，如变
形温度、应变速率等。
（3）流变应力研究：通过单轴压缩实验、高温高速拉伸实验等手段，研究不同孪生和动态再结晶组织结构对材料流变应力的影响。
3.研究意义
通过对AZ31镁合金孪生和动态再结晶行为的研究，可以深入了解材料微观结构和力学性能之间的内在联系，为材料的加工和性能提升提供
理论支持。
同时，还可以为轻质金属材料的设计和应用提供参考和借鉴，具有重要的现实意义。
第27卷第4期2005年12月 湘 潭 大 学 自 然 科 学 学 报Natural Science Journal of Xiangtan University Vol .27No .4Dec .2005退火工艺对轧制AZ31镁合金组织和性能的影响傅定发, 许芳艳, 夏伟军, 刘天喜, 陈振华(湖南大学材料科学与工程学院,湖南长沙410082)[摘要] 对AZ31镁合金轧制板材在不同温度和时间进行了退火,研究了在退火过程中组织和性能的变化规律.实验结果表明,300℃轧制后的AZ31镁合金薄板材的组织中存在大量的孪晶.退火后,孪晶逐渐消失,形成等轴的再结晶晶粒.晶粒尺寸随退火温度的升高而变大,随退火时间的延长先细化后长大.同时,退火后板材的抗拉强度略有下降,但伸长率有明显提高,在200℃退火120min 后,伸长率可达到28%.关 键 词:镁合金;退火;再结晶;孪晶中图分类号:TG113 文献标识码:A 文章编号:10005900(2005)04005705The Effect of Annealing on Microstructure andMechanical Properties of Rolled AZ 31Magnesium AlloyFU Ding fa , XU Fang yan , XIA Wei jun , LIU Tian xi , CHE N Zhen hua(College of Materials Science and Engineering ,Hunan Univ ,Changs ha 410082China )【Abstract 】 The microstructure and mechanical properties of rolled AZ31magnesium alloy were investigated upon an -nealing under different condition .The result show that twinning take place in all the grains in AZ31magnes iu m alloyrolled at 300℃.The twinning disappeared gradually and recrystallized grains formed after annealing .Grain size growslarge as the annealing temperature is elevated and reduces at first then grows as the annealing time is prolonged .The ten -sile strengths of annealed alloy descends slightly ,however tensile elongation increases .The highest elongation is 28%af -ter annealed at 200℃for 120min .Key words : magnesium alloy ;annealing ;recrystallization ;t winning近年来,变形镁合金的研制日益受到人们的重视.但镁及大部分镁合金均具有密排六方晶体结构,室温时滑移系少、塑性成形性能较差,因此其应用受到很大限制.现有研究表明,晶粒细化是提高镁合金综合力学性能的有效手段[1,2,3].镁合金的层错能较低(60～78MJ m 2),在退火过程中不易发生回复而主要发生再结晶.材料的组织结构变化,尤其是再结晶过程对材料的力学性能有很大的影响,因此可以通过优化生产工艺来实现对组织的控制,进而提高材料的力学性能[4].到目前为止,对变形镁合金退火方面进行了不少研究.Wagner 指出退火后初次再结晶对组织没有多大影响[5],M .T .Perez -Prado 等在对挤压态镁合金的退火研究中证明二次再结晶(非正常晶粒长大)会引起明显的组织变化,具有{1120}棱柱面平行于板面的晶粒优先长大[6,7],但是对轧制态镁合金的退火没有进行系统研究.本文通过在改变退火温度和保温时间,研究了轧制态AZ31镁合金在不同温度和不同保温时间退火后的组织和力学性能,初步了解退火工艺对AZ31的显微组织及力学性能的影响.表1 退火温度和时间Tab .1 Annealing temperature and time退火温度 ℃退火时间 min 2003060120180300306012018040030601201804501030601 实验材料及方法实验材料采用AZ31镁合金,主要成分为Al (3%)、Zn (0.8%)、Mn (0.3%)和Mg (余量).镁锭在均匀化处理后在350℃下挤压成10mm 厚的板材,挤压比为17.8.然后经多道次轧制成1mm 厚的薄板,轧制前板坯加热温度为300℃,道次间保温时间为5～10min ,最后一道次轧制变形量为10%.退火处理使用电阻炉加热,退火温度和时间如表1.试样拉伸力学性能在WDW -100微机控 收稿日期:20050606 基金项目:湖南省科委重点资助项目(04GK10081) 作者简介:傅定发mail :o -ayan @163.c om制电子万能实验机上进行,按GB6397-86标准取样和试验,拉伸方向平行于最后轧制方向.采用XJL -03金相显微镜观察合金显微组织.晶粒度的测量采用截距法随机选取10个视场,测定并计算平均晶粒尺寸.2 结果和分析2.1 退火温度和时间对组织的影响图1 轧制态AZ31镁合金薄板的组织Fig .1 Microstructur of as -rolled AZ31轧制态板材退火前的显微组织如图1所示.从图中可看到板材组织由粗大的晶粒组成,在晶粒内部分布着大量的孪晶,未发现再结晶晶粒的存在.这说明在轧制时,由于温度较低,未发生明显的动态再结晶.此外,镁合金可开动的滑移系少,因此主要的变形机制为孪生.退火温度为200℃,经不同保温时间后的退火组织如图2.退火时间为30min 的试样组织由粗大的原始晶粒和少数细小的再结晶晶粒组成,再结晶晶粒在原始晶粒边界形成,孪晶依然存在于大部分的粗大晶粒中.保温时间为60min 的组织中,孪晶消失,再结晶晶粒增多.继续保温,粗大的原始晶粒逐渐消失,并且由于再结晶晶粒核心向形变基体生长的速率比晶粒长大速率大得多[8],所以组织基本上由细小等轴的再结晶晶粒组成(如图2c ).再结晶完成后,随着保温时间延长,再结晶晶粒继续长大.相似的组织变化同样发生在300℃,400℃和450℃时退火时(如图3,4,5).并且由于退火温度升高,再结晶速率显著加快[9],因此,可以在200℃,30min 的退火组织中观察到孪晶(图2a ),而在300℃,400℃,450℃,30min 的退火组织中孪晶已经消失(图3a ,4a ,5b ).图2 退火温度为200℃时不同保温时间的组织(a )30min ;(b )60min ;(c )120min ;(d )180minFi g .2 Microstructure of AZ31alloy annealed at 200℃for (a )30min ;(b )60min ;(c )120min ;(d )180min在变形量一定时退火温度对刚完成再结晶后的晶粒尺寸影响不大,这是因为再结晶形核和长大都是热激活过程,形核率和核长大速率都随温度的提高而按阿累尼乌斯公式增长[9].图6a 为平均晶粒大小与退火温度的关系,在退火时间一定时,随退火温度的升高,晶粒尺寸逐渐增大.是由于界面迁移率B (单位驱动力下产生的晶界迁移速度)与晶界扩散系数D 晶界的关系为[10]58 湘 潭 大 学 自 然 科 学 学 报 2005年B =D 晶界 KT (1)图3 退火温度为300℃时不同保温时间的组织(a )30min ;(b )60min ;(c )120min ;(d )180minFi g .3 Microstructure of AZ31alloy annealed at 300℃for (a )30min ;(b )60min ;(c )120min ;(d )180min图4 退火温度为400℃时不同保温时间的组织(a )30min ;(b )60min ;(c )120min ;(d )180minFi g .4 Microstructure of AZ31alloy annealed at 400℃for (a )30min ;(b )60min ;(c )120min ;(d )180min 晶界扩散系数随温度成指数关系[D =D 0exp (-Q 晶界 KT )]而增加,由于其在式(1)中的作用超过1 T 的作用,所以晶界移动的速度随温度的升高而急剧增大,晶粒长大的趋势也越来越快.保温时间与晶粒尺寸的关系如图6(b ).在退火刚开始时,随着孪晶的消失及再结晶晶粒的形核,组59第4期 傅定发等 退火工艺对轧制AZ31镁合金组织和性能的影响 织中存在着粗大的原始晶粒以及细小的再结晶晶粒,平均晶粒度较大.随着退火时间的延长,由于再结图5 退火温度为450℃时不同保温时间的组织(a )10min ;(b )30min ;(c )60minFig .5 Microstructure of AZ31all oy anneal ed at 450℃for (a )10min ;(b )30min ;(c )60min(a )退火温度 (b )退火时间图6 晶粒大小与退火温度(a )以及退火时间(b )的关系Fi g .6 R elations hip between grain siz e and (a )annealing temperature ;(b )annealing ti me晶的形核速率大于长大速率,从而导致再结晶后的晶粒尺寸变小.继续保温晶界弥散相扩散程度加大,晶界迁移量也增大,因此晶粒不断地长大.同时还发现高温时随保温时间的延长,晶粒长大速率明显加快,而低温退火时晶粒长大速率小,随保温时间的延长,形成的晶粒尺寸大小和分布较稳定,如图2,3所示.这是因为高温时新生晶粒的晶界迁移的速率加快,向其周围的变形组织内生成,很快地消耗了畸变能,加快了再结晶速度.并且再结晶后由于长大速率较快,所以组织变得粗大.在较低温度下,长大速率较慢,因此在低温下退火时,完成整个再结晶过程时间长,最后形成的组织细小而且均匀,在200℃退火120min 时晶粒最小,晶粒大小约为10μm .2.2 退火温度和时间对力学性能的影响合金的抗拉强度与退火时间的关系如图7a ,从图可以看出:保温时间小于30min 时,随着时间的延长,抗拉强度急速下降.保温时间继续延长,抗拉强度有所升高,然后抗拉强度又呈下降趋势.图7(b )为断裂伸长率与保温时间的曲线图,伸长率在退火刚开始时快速上升,然后平缓地下降.测得轧制态板材60 湘 潭 大 学 自 然 科 学 学 报 2005年的抗拉强度为260MPa ,断裂伸长率为17%.在退火时,由于孪晶消失,变形储能释放,抗拉强度降低而断裂伸长率明显提高.在450℃、保温时间为30min 时抗拉强度达到最低值为205MPa ,这时试样的断裂伸长率为28%.在这个工艺下处理的试样的显微组织中晶粒非常粗大[如图5(b )],平均晶粒大小约为32μm ,继续保温由于再结晶晶粒大量的形成,晶粒得到细化,在晶界强化的作用下,抗拉强度值升高.随保温时间的延长,再结晶晶粒长大,抗拉强度随之下降.由于退火温度的上升使得再结晶过程加快,所以高温退火比低温引起强度和断裂伸长率的变化所用的时间短一些,[如图7(a )].从图可以清楚看出,在200℃保温120min 强韧性配合最好,在这个温度下的退火的拉伸试样断口可以观察到明显的颈缩现象,而轧制态的宏观断口呈V 字形,这是因为具有密排六方晶体结构的金属,塑性较差,但是这类合金一般具有塑脆转变性能,当热加工后,控制再结晶温度和时间,可以得到细小等轴的再结晶晶粒.从而使合金的塑性提高,产生韧性断裂.图7 退火温度和时间对AZ31镁合金抗拉强度(a )和伸长率(b )的影响Fig .7 Effects of anneal ing temperature and time on the (a )tens ile strength (b )el ongation3 结 论a )退火后的晶粒随退火温度的升高而变大.随退火时间的延长先细化后长大.退火后平均晶粒尺寸最小可达到10μm ,退火温度为200℃,退火时间为120min .b )对镁合金轧制板材退火,可以通过再结晶使晶粒细化,改善材料的力学性能.在200℃下退火120min 后材料的抗拉强度为250MPa ,断裂伸长率为28%.参 考 文 献[1] Yamashita A ,Horita Z ,Langdon T G .In :Improving the mechanical of magnesium and a magnesium alloy through severe plastic deformation [J ].M ater Sci Eng A ,2001,A300:142.[2] Mukai T ,Yamanoi M .Watanabe H ,et al .In :Ductility enhancement in AZ31magnesium all oy by controll ing its grain structure [J ].Scripta Mate -rialia ,2001,45:89.[3] 詹美艳,傅定发,夏伟军,等.细晶超塑性变形及其在镁合金中的研究现状[J ].轻合金加工技术,2003,3(18):6-10,Zhan Mei -yan ,Fu Ding -fa ,Xia Wei -jun ,et al .In :Superplas tic deformation in fine -grained materials and its study in magnesium all oys [J ].Light alloy fabrication technology 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