交叉轧制工艺调控Mg-2Zn-2Gd板材织构分布及其各向异性的研究

摘要

交叉轧制工艺在改善铝合金板材面内各向异性及成型能力方面取得了良好效果。近年来，也有研究者将交叉轧制应用于强基面织构的镁合金板材，以期改善后续成型性能，但效果并不明显。大量研究表明，在镁合金中加入稀土元素（如Gd、Ce等）可有效弱化轧板的织构，其(0002)极轴通常沿板材横向(TD)扩散或形成沿TD分布的双峰，此种单向的织构分布特征通常会导致强烈的面内各向异性。本文针对此问题，设计了 Mg-2Zn-2Gd(wt％)镁合金，以此为研究对象，综合利用EBSD和XRD等先进表征分析手段、室温拉伸和杯突实验等力学测试方法，系统研究了交叉轧制及退火过程中织构的演化规律、交叉热轧开坯织构的遗传性、不同织构类型对板材拉伸及成型性能的影响等问题，揭示了应变路径影响变形组织特征和再结晶晶粒取向的机制。通过本课题的研究得出如下结果：
　　(1)对初始Mg-2Zn-2Gd退火板材采用交叉轧制工艺，可以得到面内各向均匀分布的(0002)织构，其峰值均匀分布在偏离ND大约40°的位置，织构分布的各向异性几乎完全消除。因此，对于此类(0002)极轴显著偏离ND的弱织构板材，交叉轧制是一种调控面内织构分布和降低各向异性的有效方法。
　　(2)研究发现，初始Mg-2Zn-2Gd退火板材在室温轧制及退火过程中，轧制路径可以显著影响织构分布，即轧制织构的分布基本与轧制路径相一致，而退火织构与轧制路径呈垂直分布关系。退火过程中再结晶晶粒的取向由轧制路径所决定，而与变形晶粒的取向无关，这是由于基轴垂直于轧向分布的再结晶晶核比其它取向的再结晶晶核有着更明显的形核优势所决定的。
　　(3)将交叉轧制应用于Mg-2Zn-2Gd板材的热轧开坯阶段，在退火后可得到面内沿各个方向较为均匀分布的织构，相对于传统的单向开坯，其各向异性得到显著降低。热轧交叉开坯织构经过后续的单向热轧与退火处理后，开坯织构无法保留下来，即遗传性并不存在。
　　(4)力学性能测试结果表明，具有双峰织构分布的Mg-2Zn-2Gd板材面内沿不同方向屈服强度存在着较大差异，单向轧制退火板材 RD、TD两个方向屈服强度差值为31MPa；相比之下，织构在面内沿各个方向均匀分布的交叉轧制退火板材有着更为均衡的综合力学性能，存在于前者的屈服强度各向异性得到显著改善，Δr值得到降低，冲压成型性能得到一定程度的提高。

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目录

1 绪 论

1.1 镁及其合金概述

1.2 镁合金的塑性变形机理

1.3 镁合金板材轧制

1.4 镁合金轧制板材织构

1.5 稀土镁合金轧制板材的各向异性

1.6 本文的主要研究内容及创新点

2 实验材料和实验方法

2.1 实验材料及技术路线

2.2 实验工艺过程

2.3 分析与测试技术

3 交叉轧制及退火过程中板材组织和织构的演变

3.1 轧制过程

3.2 微观组织

3.3 织构演化

3.4 织构形成机制讨论

3.5 本章小结

4 交叉热轧开坯织构及其遗传性研究

4.1 实验过程

4.2 微观组织与织构的演化

4.3 织构定量化分析及遗传性讨论

4.4 本章小结

5 不同织构类型对板材拉伸及成型性能的影响

5.1 施密特因子分析

5.2 拉伸性能

5.3 冲压成形性能

5.4 本章小结

6 结 论

致谢

参考文献

附录

作者在攻读硕士学位期间发表的论文