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轧制AZ31镁合金板材的显微组织和力学性能苗青【摘要】以初始晶粒尺寸为250～300 μm、20 mm厚的铸态AZ31镁合金板坯为原材料,对比研究4种轧制方案对轧后板材显微组织和力学性能的影响.结果表明,4种方案终轧板材的平均晶粒尺寸依次为5 μm、18 μm、6.5 μm和4.5 μm,抗拉强度均大于250 MPa,屈服强度均大于140 MPa,延伸率均大于20％.其中最佳方案制得了高塑性镁合金板材,抗拉强度为265 MPa,屈服强度为186 MPa,延伸率达29％,同时,板材沿横向、轧向和45°方向的性能相差较小,各向异性不显著.【期刊名称】《上海电机学院学报》【年(卷),期】2013(016)005【总页数】6页(P240-245)【关键词】AZ31镁合金板材;轧制;显微组织;力学性能【作者】苗青【作者单位】上海电机学院机械学院,上海200240【正文语种】中文【中图分类】TG113镁合金具有高比强度、高比刚度、减振性好等一系列优点，被誉为“21世纪最具潜力的绿色工程材料”。
变形镁合金板材、带材适用于“陆、海、空、天”等交通运载装备的制造[1-2]。
镁合金具有密排六方(HCP)的晶体结构，室温变形条件下塑性较差、加工成形困难，但变形镁合金较之铸造镁合金具有更优良的力学性能和尺寸稳定性。
轧制技术是通过塑性成形工艺生产板、带材最经济有效的方法之一，具有在大规模工业化生产中快速应用、全面推广的价值和空间[3-4]。
因此，研究与开发高性能镁合金板材的轧制工艺具有重要意义。
据文献[5-6]报道，传统的AZ31镁合金热轧工艺，一般均从120mm左右厚的铸锭开始轧制，始轧温度为420～450℃，终轧温度为300～260℃，单道次变形量15%～25%，一般轧制到2～4mm厚的板材需要加热3～5次，总轧制道次为28～30次。
热轧后板材的性能为：抗拉强度≥250MPa，屈服强度≥145MPa，延伸率在12%～21%，轧制后板材的方向性较明显。
预时效对AZ31镁合金形变热处理组织及性能的影响黄小婷;李英华【摘要】对AZ31镁合金进行固溶和均匀化处理后,再进行不同时间预时效和不同程度形变,最后进行相同的时效处理,研究预时效时间及形变量对金相显微组织和布氏硬度的影响.结果表明:固溶处理使绝大部分Mg17 Al12相溶入了a-Mg基体,形变处理后,晶粒被拉长,颗粒相或杂质沿形变方向分布,出现明显的纤维组织,晶粒内部出现大量交错的形变孪晶;形变程度越大,加工硬化效果越显著,形变程度到20％时,硬度增长缓慢;形变前预时效增加了再结晶的形核,在随后的时效处理过程中,发生了再结晶,形变产生的纤维组织消失,生成了等轴晶粒;形变程度越大,再结晶后的等轴晶粒越细小.再结晶软化和时效析出强化的共同作用,使AZ31镁合金的硬度比时效前略有升高.因此,形变热处理前预时效能有效地改善AZ31镁合金的组织及力学性能.【期刊名称】《中原工学院学报》【年(卷),期】2016(027)004【总页数】5页(P53-56,79)【关键词】AZ31镁合金;预时效;形变热处理;布氏硬度;显微组织【作者】黄小婷;李英华【作者单位】中原工学院,郑州450007;中原工学院,郑州450007【正文语种】中文【中图分类】TG146.2镁及镁合金具有密度低、电磁屏蔽效果好、抗震减振能力强和易于回收再利用等优点，被誉为“21世纪的绿色工程材料”[1]。
AZ31镁合金属于Mg-Al-Zn-Mn系挤压镁合金，为众多变形镁合金中的一种，被广泛用于型材、板材。
目前人们在镁合金强化方面做了大量研究，其中AZ31镁合金的强化研究主要有固溶强化[2]、时效强化[3-5]、细晶强化[6-7]及形变强化[8]。
形变热处理是将形变强化和固溶、时效强化相结合的一种综合性工艺[9]，研究其对AZ31镁合金组织和力学性能的影响，可改善合金的综合性能，扩大其使用范围。
本研究在形变热处理前增加了预时效处理，研究不同预时效处理工艺对AZ31镁合金形变热处理后的组织与力学性能的影响，为制定AZ31镁合金挤压加工工艺提供参考。
错距旋压AZ31镁合金的组织演变机制及力学性能研究镁合金作为21世纪的“绿色”工程材料,具有密度低、比强度和比刚度高、易加工等诸多优点,被广泛应用于航天航空、汽车工业以及国防工业等众多领域。
然而镁合金室温下具有较少的独立滑移系和较差的塑性变形能力,这成为镁合金塑性加工变形过程中的一大难点。
本文提出可以产生连续局部塑性变形的错距旋压技术对AZ31镁合金进行塑性加工。
本文采用ABAQUS有限元分析软件模拟AZ31镁合金的旋压过程,研究旋压过程中主要参数对镁合金筒形件成型质量的影响;采用金相显微镜对不同旋压道次下镁合金的显微组织进行观察与分析,并结合电子背散射衍射技术（EBSD）及透射电子显微镜（TEM）探究错距旋压AZ31镁合金的晶粒细化机制;通过拉伸试验对不同旋压道次下镁合金的力学性能进行测试分析,并利用纳米压痕仪对镁合金的微区力学性能进行分析,探讨抗拉强度与微纳硬度之间的关系;通过电化学试验测试旋压镁合金的耐腐蚀性能,并分析晶粒度对镁合金耐腐蚀性的影响。
根据有限元模拟结果可知AZ31镁合金旋压的最佳工艺区间为:在旋压温度为375℃左右,芯轴转速为250 r/min,旋轮进给率为1.2 mm/r的条件下对镁合金进行多道次旋压,其具有良好的成型性。
本文结合模拟得出的最佳工艺,最终成功制备出AZ31镁合金筒形件,其壁厚由6 mm减薄为0.7mm,整体减薄率达88.3%。
采用金相显微镜对旋压AZ31镁合金的显微组织进行观察与分析,结果表明:随着旋压道次的增加,镁合金的晶粒更细小,晶粒度由625μm变为6.38μm。
采用EBSD及TEM对旋压镁合金的晶粒细化机制进行探究。
在旋压第一、二道次过程中,晶粒细化的主要机制是由于受到较大的旋压力致使位错密度急剧增加,经多边化后发生动态再结晶;在第三道次过程中,由于第二道次旋压后的晶粒细小,在受到旋轮力时容易以动态回复的方式来释放应力,因此形成大量亚晶结构以细化镁合金的晶粒。
轧制参数对AZ31镁合金织构和室温成形性能的影响杨海波;胡水平【摘要】为了获得基面织构强度弱化、室温埃里克森值高的镁合金板材的热轧工艺，采用异步轧制研究轧制温度为250∼450℃、道次压下率为15%∼35%、异速比为1：1.5时轧制工艺对镁合金宏观织构和室温成形性能的影响，并以此设计一组轧制工艺，使轧制后合金织构强度明显弱化，室温埃里克森值得到明显提高。
结果表明：提高轧制温度、减小道次压下率可以有效地弱化基面织构，提高镁合金室温成形性能。
但是在450℃、道次压下率为5%时，轧制后板材晶粒粗大，成形能力较低。
经轧制温度为450℃、道次压下率为10%的工艺轧制后板材具有优良的室温成形性能，即室温埃里克森值为5.35 mm，此时基面织构强度为9852。
%To develop the AZ31 magnesium alloy plates (sheets) with low macro-texture intensity and high Erichen value, the effects of hot rolling process on the macro-texture and formability were investigated, under the rolling temperature of 250-450 ℃, pass reduction of 15%-35% and differential ratio of 1:1.5, respectively. The results show that, with increasing the rolling temperature or decreasing pass reduction, the basal plane texture intensity declines obviously and the Erichsen value improves. However, when the pass reduction drops to 5%, the coarse grain and decreasing formability are observed in the plates after being rolled at high temperature of 450℃. When the rolling temperature is 450℃and pass reduction is 10%, the excellent formability of AZ31 magnesium can be obtained, i.e. the Erichsen value under room temperature is 5.35 mm, the base plane texture degree is 9852.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2014(000)008【总页数】7页(P1953-1959)【关键词】AZ31镁合金;织构;热轧参数;成形性能【作者】杨海波;胡水平【作者单位】北京科技大学高效轧制国家工程研究中心，北京 100083;北京科技大学高效轧制国家工程研究中心，北京 100083【正文语种】中文【中图分类】TG146.2镁合金具有低密度、高比强度和优异的减震降噪效果，在航空航天、交通、家电等领域具有广阔的应用前景[1]。
时效对AZ31镁合金组织与性能的影响作者：吴丹卢雅琳徐文婷来源：《江苏理工学院学报》2014年第04期摘要：对挤压后的AZ31镁合金件进行时效处理。
时效温度为200-300℃，时效时间为15min-3h。
研究了不同时效温度、时间对AZ31镁合金微观组织、力学性能的影响。
结果表明：合适的时效工艺可使挤压变形后的试样组织达到平衡状态，材料塑性有较大幅度提高，而强度并没有显著降低。
对于AZ31镁合金，最佳的时效工艺为275℃保温0.5h。
关键词：镁合金AZ31;时效处理;显微组织;力学性能中图分类号：TG146.22文献标识码：A文章编号：2095-7394（2014）04-0027-050引言镁合金材料是一种新型绿色金属材料，也是典型的轻量化材料，其重量仅为铝合金的2/3，用镁合金做结构件可以大大减轻构件重量[1-4]。
近年来，随着纺织机械向着高速和大宽幅方向发展，重量轻、强度刚度好的轻合金材料被广泛应用于纺织设备[5-6]。
镁合金因具有密度小、比强度和比刚度高、减震性能好，机械加工方便等优点[7]而成为经编机械的首选。
其中AZ31镁合金为最常用的镁合金材料。
合适的热处理工艺是改善和提高镁合金综合性能的重要手段[8-10]。
因AZ31镁合金中有Mg17Al12相，强化相较少，固溶强化效果不明显，所以通过时效处理改善其组织性能成为最佳选择。
此外，由于经编机械中的针床、梳栉等关键零件均为尺寸较长的薄板、异型材件，在挤压成型之后只能通过合适的时效处理，才能保证其较好的机械性能和尺寸稳定性。
时效处理可以消除AZ3l镁合金挤压变形后的缺陷和残余应力，且时效过程中容易在晶界和接点处形成无畸变的再结晶晶粒和可移动的大角晶界，发生静态再结晶，使材料性能发生得以改善[10-12]。
本文以纺织机械用AZ31挤压型材为研究对象，通过合适的时效处理，使其机械性能和尺寸稳定性达到最优，为企业实际生产提供技术保证。
1实验材料及方法实验采用挤压的AZ31镁合金型材为实验材料，其材料成分（质量分数，%）为：Al-3.07， Mn-028，Zn-0.6，其余为Mg。
AZ系镁合金织构对力学性能的影响镁及其合金作为目前最轻的结构金属材料,具有很多优异的性能特点,如比强度高、导电性好等,但由于镁合金的晶体结构为密排六方,这造成其室温塑性变形能力较差,可启动滑移系较少,这些因素均制约了镁及其合金的进一步发展。
因此,从微观角度入手,分析织构对镁合金机械性能的影响,对提升镁产品的实用价值具有非常重要的指导意义。
本研究以AZ系镁合金作为实验原材料,通过电子背散射衍射（EBSD）、金相显微技术（OM）等显微学表征方法,系统分析了织构含量与AZ31挤压镁合金Hall-Petch系数间的联系,并分别探讨了余热轧制对AZ31、非对称压下量轧制对AZ91镁合金机械性能与晶粒组织的影响。
主要结果如下:（1）AZ31挤压镁合金的单向拉伸与单向压缩过程具有截然不同的Hall-Petch关系,并且织构含量的差异也会对Hall-Petch系数造成影响。
此外,所有试样在屈服过程中很有可能开动了不止一种变形模式,如果采用加权的方式将所有开动变形模式的影响全部考虑进流变应力σ<sub>0</sub>的计算中去,将可以得到更为精确的理论数值;同时,根据实验结果,发现晶粒尺寸敏感性k会随织构强度的增强而降低。
（2）与传统的对称轧工艺相比,余热轧工艺由于二道次轧制的变形温度较低,材料内部将会启动相当数量的孪生,孪晶界的形成为新晶粒的形核提供了更多有利位置,最终有效细化了AZ31镁合金试样的微观组织,使材料机械性能得到了明显提升。
（3）非对称压下量轧制在对称轧工艺的基础上,通过改变轧板上下层压下量与各层流动速度的方式,在沿轧板厚度方向上引入了切应力,最终起到弱化AZ91镁合金织构的效果。
并且,通过非对称压下量轧制工艺加工出的材料晶粒组织更加细小、机械性能更为优异。
AZ31镁合金的织构对其力学性能的影响唐伟琴;张少睿;范晓慧;李大永;彭颖红【摘要】利用电子背散射衍射(EBSD)取向成像技术,分析AZ31镁合金热挤压棒材和轧制薄板的织构特点;对具有不同初始织构的镁合金棒材和薄板进行力学性能分析,并从织构角度分析棒材的拉压不对称性和薄板的力学各向异性.结果表明:挤压镁合金棒材具有主要以(0001)基面平行于挤压方向的基面纤维织构,存在严重的拉压不对称性,其原因在于压缩时的主要变形方式为{10(-1)2}<10(-1)1>孪生;热轧镁合金薄板具有主要以(0001)基面平行于轧面的强板织构,具有显著的力学性能各向异性,其原因在于拉伸时不同方向的基面滑移Schmid因子不同.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2010(020)003【总页数】7页(P371-377)【关键词】AZ31镁合金;织构;力学性能【作者】唐伟琴;张少睿;范晓慧;李大永;彭颖红【作者单位】上海交通大学,机械与动力工程学院,上海,200240;上海交通大学,机械与动力工程学院,上海,200240;上海交通大学,机械与动力工程学院,上海,200240;上海交通大学,机械与动力工程学院,上海,200240;上海交通大学,机械与动力工程学院,上海,200240【正文语种】中文【中图分类】TG146.2镁合金具有低密度、高强度、易回收等优点，近年来作为轻质结构材料被逐渐应用于汽车、交通、电子及其他民用产品等领域[1]。
变形镁合金通常通过挤压、轧制、锻造等变形方式来改善合金的结构，提高镁合金的性能，但镁合金在变形后会在合金内产生择优取向即织构。
大量研究表明[2-9]，镁合金织构的存在对镁合金的性能有着显著影响。
因此，研究镁合金在变形过程中产生的织构，明确织构产生的原因及织构对合金性能的影响，就可以对镁合金的变形加工提供理论依据，达到控制织构的目的，用以改善合金的性能以适应结构件的使用要求。
热轧工艺对AZ31镁合金组织和性能的影响吴健旗;颜永松;陈强;吴桂林【摘要】The aim of this work was to investigate the effects of three different hot rolling processes and subsequent annealing on microstructure and mechanical properties of AZ31 magnesium alloy. AZ31 sheets were fabricated by large strain hot rolling (LSHR),accumulative roll-bonding (ARB) and normal hot rolling and subsequent annealing. Tensile test were conducted on the samples with different states. The EBSD and optical microscope were used to analyze the relationship between microstructure and mechanical properties of the samples. The results showed that excellent mechanical properties can be achieved by serve plastic deformation process and a suitable heat treatment. LSHR was proved a dependable method to produce ultra-fine microstructure as well as ARB,the yield stress and elongation of LSHRed samples are 298 MPa and 7%,respectively. The mechanical properties of samples produced by LSHR are much better than the samples produced by normal hot rolling. The samples after serve plastic deformation and low temperature annealing hasexcellent mechanical properties,the strength of the sample is slightly lower than the deformed samples,andductilityis similar to fully annealed sample the or even better.%目的：研究大变形量热轧、累积叠轧和普通热轧3种不同加工工艺及后续热处理对AZ31镁合金的组织及室温力学性能的影响。
AZ31镁合金锻造变形时组织与性能的研究的开题报告一、选题背景及意义AZ31镁合金是一种常用的高强度、轻量化金属材料，广泛应用于汽车、航空、航天等领域。
然而，在加工过程中，AZ31镁合金存在着易发生裂纹、气孔等缺陷、成形性能差等问题，限制了其在实际应用中的发挥。
因此，研究AZ31镁合金的变形机理与加工过程中的组织演变规律，对提升其性能具有重要的理论和应用价值。
二、研究内容和目标本课题旨在通过锻造变形过程的模拟实验，研究AZ31镁合金的变形行为和组织演变规律。
具体研究内容包括：1. 对AZ31镁合金进行锻造变形，并对其变形力、变形温度、变形速率等参数进行控制和测量；2. 通过金相显微镜、扫描电镜等手段对AZ31镁合金在变形前后的显微组织和物理性能进行分析和比较；3. 探究不同变形参数对AZ31镁合金变形机理和组织演变规律的影响，并建立相应的理论模型。
通过以上研究，本课题旨在探索AZ31镁合金变形机理和组织演变规律，为制造高品质AZ31镁合金产品提供参考和依据，推动该领域的发展和进步。
三、研究方法和技术路线本研究采用以下方法和技术路线：1. 实验方法：通过采用真实材料进行锻造模拟实验，对材料在变形过程中的力学性能、显微结构、晶界变形、位错等进行研究。
2. 分析方法：通过金相、扫描电镜等显微镜手段，对材料的组织结构进行表征；通过不同材料断口的形貌观察来判断材料的断裂模式；通过差示扫描量热法（DSC）来分析材料的热力学性质。
3. 制备方法：通过真实材料制备平板试样，用真实力和速度进行冲击试验，以及在高温和高压下制备二极管器件等。
四、预期成果通过本研究，预计能够获得以下成果：1. 对AZ31镁合金的变形机理和组织演变规律有更深入的认识，为进一步研究提供基础和方向；2. 建立AZ31镁合金的力学模型和组织模型，为优化材料性能、提升加工工艺水平提供参考和依据；3. 发表一系列高水平学术论文，并参加相关领域的国内外学术会议，与同行交流学术成果；4. 推广本领域的最新研究成果和应用技术，为推动相关产业的发展和应用做出贡献。
摘要挤压变形AZ31镁合金组织以绝热剪切条纹和细小的α再结晶等轴晶为基本特征。
挤压变形可显著地细化镁合金晶粒并提高镁合金的力学性能。
随挤压比的增大,晶粒细化程度增加,晶粒尺寸由铸态的d400μm减小到挤压态的d12μm(min);强度、硬度随挤压比的增大而增大,延伸率在挤压比大于16时呈单调减的趋势。
轧制变形使板材晶粒明显细化,硬度提高。
AZ31合金中添加Ce,其铸态组织中能够形成棒状Al4Ce相,并能改善合金退火态组织和力学性能;添加Ce可以改善AZ31的综合力学性能。
关键词:AZ31变形镁合金;强化机制；组织；性能绪论20世纪90年代以来,作为最轻金属结构材料的镁合金的用量急剧增长,在交通、计算机、通讯、消费类电子产品、国防军工等诸多领域的应用前景极为广阔,被誉为“21世纪绿色工程材料”,许多发达国家已将镁合金列为研究开发的重点。
大多数镁合金产品主要是通过铸造生产方式获得,变形镁合金产品则较少。
但与铸造镁合金产品相比,变形镁合金产品消除了铸造缺陷,组织细密,综合力学性能大大提高,同时生产成本更低,是未来空中运输、陆上交通和军工领域的重要结构材料。
目前，AZ31镁合金的应用十分广泛,尤其用于制作3C产品外壳、汽车车身外覆盖件等冲压产品的前景被看好,正成为结构镁合金材料领域的研究热点而受到广泛重视。
第1章挤压变形对AZ31镁合金组织和性能的影响1.1 挤压变形组织特征及挤压比的影响作用图1-1为动态挤压变形过程中的组织变化。
动态变形过程大致分为3个区域:初始区、变形区和稳态区，分别对应着不同的组织。
图1-1a为初始区挤压变形前的铸态棒料组织。
由粗大的α-Mg树枝晶和分布其间的α-Mg+Mg17Al12共晶体组成,枝晶形态十分发达，具有典型的铸造组织特征。
晶粒尺寸为112~400μm。
图1-1b为变形区近稳态区组织。
图中存在大量无序流线,流线弯曲度大、方向不定且长短不一，显然这种组织特征是在挤压力作用下破碎的树枝晶晶臂(α固溶体)发生滑移、转动的结果。
图1-1c为稳态区纵断面组织。
图中沿挤压方向分布的剪切条纹平行流线清晰可见，在平行流线上，分布着大量细小、致密的等轴晶粒。
显然,形变组织已发生了再结晶，平行流线可能是变形纤维在再结晶组织中的再现。
晶粒间几乎看不到α-Mg+Mg17Al12共晶组织。
这表明，经过大的挤压变形后，铸态组织中的共晶体发生破碎，离散分布于α固溶体中。
挤压流线密度较高,黑白相间，成簇状穿越每一个再结晶晶粒。
挤压纤维横向尺度比再结晶晶粒要小的多。
图1-2为λ=28时稳定段不同截面组织。
图1-2a为45°斜截面组织,图中晶粒细小，流线呈菊花瓣状分布。
图1-2b为横断面组织,图中晶粒细小，短小的网状流线依稀可辨。
挤压平行流线和再结晶等轴晶粒是变形组织的基本特征。
图1-3为不同挤压比所对应的变形组织。
图1-3a为λ=16的组织,图1-3b为λ=64的组织。
可知,在等温挤压条件下，随着挤压比的增大，合金变形程度增加,挤压组织进一步细化,挤压流线更加细密,晶粒变得更加细小。
三种挤压比(λ=16、28、64)分别对应的晶粒平均尺寸为50μm、35μm和20μm。
最小尺寸仅12μm,与快速凝固所形成的等轴晶尺寸(10μm)十分接近。
观察发现,在横断面和斜截面上,周边组织比中心区组织略显细小和致密些,在中心区域存在年轮状或花瓣状流线条纹。
相应地,纵向挤压组织中也存在晶粒大小和剪切条纹分布不均匀现象,边缘区比轴线附近的条纹更加细密,晶粒显得更为细小。
这主要与挤压棒材周边变形量较大,中心变形量较小,晶粒细化程度不同有关。
(a) (b)(c)图1-1 动态挤压变形过程中的组织变化(a) (b)图1-2 稳定区不同截面组织(a) (b)图1-3 不同挤压比所对应的变形组织1.2 挤压比对AZ31镁合金力学性能挤压比:以坯料变形前后的面积比(挤压比)作为变形程度的参数。
即:λ=A0/A1= (d0/d1)2 (1-1) 式中,λ为挤压比;A0为变形前坯料面积;A1为变形后坯料面积;d0为变形前棒料直径;d1为变形后棒料直径。
据此,变形前铸棒的挤压比为1,试验选定的挤压比为16、28和64三种水平的影响。
图1-4为挤压比对AZ31镁合金力学性能的影响。
可知,与铸态(λ=1)相比,变形镁合金的强度σb和延伸率δ均有很大的提高。
当λ< 16时,强度和延伸率提高十分显著;当λ≥16时,随λ的增大,强度值增大,σb~λ曲线变化较为平缓,而延伸率有所降低,δ~λ曲线呈单调减小趋势。
尤其在λ=16~64围,延伸率减小幅度较大。
很明显,在λ= 16附近,存在着延伸率的极大值。
图1-5为挤压比对AZ31镁合金硬度的影响。
图中,随着挤压比的增大,硬度值单调增加。
另外,纵截面硬度的增加幅度(曲线陡度)比横截面硬度的增加幅度要大一些,这可能与纵、横向应力分布不均衡有关。
λ对镁合金力学性能的影响主要与变形程度、应力状态以及变形组织特征有关。
随着挤压比的增加,金属变形程度增大,变形流线更加细密,晶粒更加细化,镁合金的极限抗拉强度和硬度增大。
与此同时,金属变形不均匀及应力分布不均匀,导致残余应力存在,形成金属部物理性质和力学状态不均匀,使金属塑性降低,表现为延伸率的下降。
图1-4 挤压比对AZ31镁合金力学性能的影响图1-5 挤压比对AZ31镁合金硬度的影响1.3 变形组织演变分析镁为密排六方结构,在室温下只有(1000)滑移面,低温变形能力较差;在250℃以上增加了{10 11}二次滑移面的〈11 20〉滑移方向,发生棱锥滑移,因此热挤压具有高的塑性。
另一方面,镁合金具有较高的“堆垛层错能”,与Cu、Ni 合金相比,其热挤压过程中的组织演变又存在一定的差异。
在挤压变形初期,镁合金铸棒中粗大的树枝晶首先在挤压力作用下,在垂直于压力方向被压扁,进而发生弯曲和破碎成细碎的晶粒。
并在应力作用下获得重新排布,同时发生晶粒间的相对转动,形成弯曲的或波浪状的条纹(如图1-1b所示),放出挤压热量, 使金属发生整体上的塑性变形。
同时,带动业已破碎的晶间共晶体在随晶粒滑移和破碎的同时进而发生变形,并呈高度离散状分布。
随着变形量的不断增大,产生的挤压变形热在短的时间很难散失,导致局部流变应力降低,局部滑移能力增强。
在三维应力的作用下,通过自适应转动并调整滑移方向,沿着挤压方向发生塑性流变,最终被挤成纤维状。
即形成所谓的与主应力轴线成45°夹角的绝热剪切(挤压)条纹。
此时,变形进入稳定状态。
其特点是变形纤维长而直,且相互平行。
低熔点共晶组织以薄层状的形式存在于平行纤维晶簇的间隙,在光镜下呈细的流线状分布。
金相纵截面上黑白相间的平行流线实质上是被拉长了的金属纤维的对应物。
挤压变形纤维组织比表面积大,界面能高,加上挤压热的作用,很容易发生相的传输和动力学再结晶。
按照“堆垛层错能”理论,金属再结晶过程分为形核和长大两个阶段。
由于镁合金具有较高的堆垛层错能,易于形核,再结晶主要取决于迁移和扩散速率,驱动力决定再结晶特征。
经过大变形形成的平行纤维组织,在挤压应力和挤压热的作用下,首先沿晶界形成亚晶结构,进而通过亚晶合并机制形成较大尺寸的大角度亚晶;随后,通过晶界迁移、亚晶进一步合并和转动,发生动态再结晶,最终形成细小的大角度晶粒(如图1-3a所示)。
显微硬度测试和探针分析结果表明,在同一晶粒部的不同区域,存在着成分和硬度的差异(见表1-1)。
说明在再结晶过程中,尽管存在热激活,但相的分解和原子扩散速度仍然有限,从而使业已并入α再结晶晶粒中的原始组分(例如超细的变形共晶体等)在原位残存下来,形成晶粒的类“带状偏析”。
这种晶的成分差异往往与挤压流线的取向有着一定的对应关系。
表1-1 微区成分及硬度分析结果在等温挤压过程中,随着挤压比的增大,合金的变形量增多,再结晶速度加快,生成更加细小的再结晶等轴晶。
可有效地消除铸态AZ31镁合金凝固组织中粗大的树枝晶及晶偏析,改变了共晶体的存在状态,获得了致密、细小的再结晶等轴晶组织。
为二次加热应变诱发熔化激活法半固态成形及近终产品的成型加工提供了物质、技术条件。
第2章温变形对AZ31镁合金组织性能的影响2.1 铸态及变形组织实验材料为AZ31合金铸棒,合金成分如表2-1所示。
为了消除取样位置对合金组织的影响,实验的6组试样均取自棒料的同一位置, 1组为铸态试样,其余5组用于平面变形试验。
各试样的长度和宽度相同,均为150 mm×17 mm,厚度分别为2 mm、4 mm、6mm、8 mm、10 mm样厚度压缩至1 mm,变形温度为210℃(保温套和上、下砧模均预热至变形温度),变形速度为8 mm/s。
表2-1 实验合金的化学成分(质量分数/%)首先对试样进行均匀化处理(420℃保温12 h);然后在YA32-315四柱液压机上进行压缩变形,将试样厚度压缩至1mm,变形温度为210℃(保温套和上、下砧模均预热至变形温度),变形速度为8mm/s;把变形试样和铸态试样分别制成标准拉伸试样,在WDW-E100D微机控制万能试验机上进行拉伸试验;同时,将变形试样和原始铸态试样制成金相试样,用Neophot21型光学金相显微镜观察AZ31的铸态与变形组织,并进行比较。
图2-1所示为实验合金的铸态与变形组织。
从图2-1(a)可看出,经退火处理后的铸造组织由粗大的α基体和β相组成,原始晶粒尺寸约为100μm。
从图2-1(b)-(f)可以看出,在压缩变形初期(图2-1(b)),粗大的晶粒被压扁,进而发生弯曲、破碎成细晶粒,并在应力作用下获得重新分布,同时发生晶粒间的相对转动,带动已破碎的第二相发生滑移和变形,呈离散状分布,在平行流线上分布着大量细小、致密的等轴晶粒,说明形变组织已发生再结晶;图2-1(c)中开始出现再结晶组织,但变形孪晶组织仍占大部分;随应变增加(图2-1(d)),再结晶组织大量增加,原晶粒晶界处形成无畸变的新晶粒;图2-1(e)中几乎全为再结晶组织,晶粒细小,但变形不均匀;图2-1(f)为充分变形后得到的均匀等轴晶,晶粒大小约为5μm。
可见,在等温挤压过程中,随变形程度的增加,再结晶速度加快,有效地消除了铸态合金中粗大的晶粒及偏析,获得致密、细小的再结晶等轴晶组织。
（a）铸态（b）ε＝30%(c)ε＝66.3% (d)ε＝77.5%(e)ε＝82.6% (f)ε＝86.5%图2-1实验合金的铸态与变形组织2.2 温变形对AZ31镁合金组织的拉伸强度的影响根据拉伸试验数据得出图2所示的△σb~ε曲线,其中△σb为变形后的合金强度相对于原始铸态组织强度的增加值。
由于材料的屈服强度与晶粒大小存在着Hall-Petch关系,晶粒细化不仅可以提高材料的强度,而且可以提高其塑性。
