異速軋制對(duì)AZ31鎂合金板組織與織構(gòu)的影響

龐靈歡 徐 春 陳麒忠

(上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，上海 201418)

鎂合金是現(xiàn)已知的最輕金屬結(jié)構(gòu)材料之一，具有較高的工業(yè)使用價(jià)值。但由于其密排六方(HCP)晶體結(jié)構(gòu)，室溫下塑性變形困難，且易形成極強(qiáng)的基面織構(gòu)，嚴(yán)重影響材料力學(xué)性能及二次成形性能，制約了鎂合金的應(yīng)用[1- 2]。而弱化織構(gòu)可以顯著改善材料塑性及成形性，因此研究弱化鎂合金織構(gòu)的技術(shù)吸引了越來(lái)越多學(xué)者的關(guān)注。目前弱化織構(gòu)的方法主要有兩種：一是通過(guò)添加稀土元素來(lái)弱化鎂合金基面織構(gòu)；二則是改變材料受力方向，激活非基面滑移弱化基面織構(gòu)，這主要采用特殊的變形工藝，如異速軋制等[3- 4]。

為了改變材料變形過(guò)程中的受力方向，一些特殊的變形工藝用于鎂合金的成形[5]。采用異速軋制可以在變形過(guò)程中引入一定的剪切力，進(jìn)而改變材料受力方向，弱化鎂合金的基面織構(gòu)。不同異速比下材料產(chǎn)生的剪切力不同，織構(gòu)的弱化效果也不一樣[6- 7]。研究發(fā)現(xiàn)[8]，當(dāng)異速比為1∶1.5時(shí)基面弱化效果最好。因此本試驗(yàn)采用1∶1.5的異速比，研究異速軋制對(duì)鎂合金板組織與織構(gòu)的影響。

1 試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)采用4 mm厚的AZ31鎂合金板材，其化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為2.64Al、0.66Zn、0.33Mn、0.002 4 Fe、0.02Si、0.001 8 Cu、0.000 65 Ni，Mg余量。將尺寸為100 mm×40 mm的鎂合金板材放入電阻爐內(nèi)加熱至350 ℃保溫30 min。然后送入軋輥表面溫度為100 ℃的φ180 mm×300 mm二棍異步軋機(jī)，軋后板材空冷至室溫。軋制工藝參數(shù)如表1所示。

表1 軋制工藝參數(shù)Table 1 Parameters of rolling process

圖1 試樣取樣位置Fig.1 Sampling positions

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 顯微組織

圖2和圖3分別為同速與異速軋制后AZ31鎂合金板材的微觀組織。其中“上部”是指軋材與高速輥接觸一側(cè)部分， “中部”是指板材厚度方向的一半部位， 而“下部”則是指軋材與慢速輥接觸一側(cè)部分?？梢园l(fā)現(xiàn)，同速軋制后板材上、下部分出現(xiàn)明顯的剪切帶，剪切帶由大量細(xì)小的再結(jié)晶晶粒組成，這些剪切帶的細(xì)晶組織與大小不均的等軸晶粒組成了同速軋制的上、下部分組織；而板材中部的剪切帶數(shù)量較少，主要由等軸晶粒和少量拉長(zhǎng)的大尺寸變形晶粒構(gòu)成。這說(shuō)明同速變形過(guò)程中板材上、下部位的變形程度較大，出現(xiàn)了再結(jié)晶，而中部變形程度小于板材上、下部位，因此中部仍保持變形晶粒。

圖2 同速軋制AZ31鎂合金板材厚度方向不同部位的顯微組織Fig.2 Microstructures of different positions in thickness direction of AZ31 magnesium alloy sheet after same- speed rolling

圖3 異速軋制AZ31鎂合金板材厚度方向不同部位的顯微組織Fig.3 Microstructures of different positions in thickness direction of AZ31 magnesium alloy sheet after differential speed rolling

從圖3可以發(fā)現(xiàn)，異速軋制時(shí)與高速輥接觸一側(cè)的組織形貌沒(méi)有明顯的剪切帶出現(xiàn)，其晶粒細(xì)小均勻；中部則出現(xiàn)了明顯的剪切帶，但變形拉長(zhǎng)晶粒數(shù)量明顯減少；下部的剪切帶數(shù)量減少。這可能是異速軋制會(huì)使材料內(nèi)部出現(xiàn)不均勻流動(dòng)，導(dǎo)致剪應(yīng)力出現(xiàn)使變形程度變大，因此促進(jìn)了再結(jié)晶的加劇發(fā)生，板材上部組織晶粒更加細(xì)小，中部變形晶粒減少，等軸晶增加，而由于變形程度加大，孿晶為補(bǔ)充塑性變形而出現(xiàn)，因此板材下部分孿晶數(shù)量增加[9]，減少了發(fā)生再結(jié)晶晶粒的比例，保留了部分變形晶粒。因此異速軋制對(duì)板材不同部位的再結(jié)晶比例有一定影響。

2.2 極圖分析

圖4 同速與異速軋制的AZ31鎂合金板材不同部位的(0002)極圖Fig.4 (0002) pole figures of different positions of AZ31 magnesium alloy sheet after rolling at the same and differential speeds

圖5 同速與異速軋制的AZ31鎂合金板材不同部位的極圖 figures of different positions of AZ31 magnesium alloy sheet after rolling at the same and differential speed

2.3 ODF圖分析

圖6 同速與異速軋制的AZ31鎂合金板材不同部位的ODF圖Fig.6 ODFs of different positions of AZ31 magnesium alloy sheet after rolling at the same and differential speeds

3 分析與討論

圖7 同速與異速軋制的AZ31鎂合金板材不同部位的主要織構(gòu)的強(qiáng)度與體積分?jǐn)?shù)Fig.7 Intensity and volume fraction of the main textures at different positions of AZ31 magnesium alloy sheet after rolling at the same and differential speeds

4 結(jié)論

(2)異速軋制AZ31鎂合金板材的上部變形程度增加，再結(jié)晶比例增加，剪切帶消失，晶粒更加細(xì)??；中部變形晶粒減少，等軸晶增加；下部分組織孿生變形比例增加，孿晶數(shù)量增加，減小了晶粒再結(jié)晶比例，保留了部分變形晶粒。

(3)AZ31鎂合金板材異速軋制過(guò)程中存在剪切應(yīng)力，促進(jìn)了板材非基面滑移，非基面織構(gòu)組分明顯增加，弱化了板材基面織構(gòu)。