AZ31镁合金动态塑性变形后的微观组织及力学性能演变

摘要

镁合金是目前应用中最轻的金属结构材料,它具有密度小、比强度高、阻尼减震性能好、易回收等诸多优点,在航天航空、汽车等行业中应用广泛。但由于镁合金是密排六方结构(HCP)的金属,室温下可启动的滑移系少,塑性变形能力低,加工困难,极大的限制镁合金大量应用。本论文通过动态塑性变形(DPD)对具有强烈基面织构的商业热轧退火AZ31进行变形,并应用金相、电子背散射技术(EBSD)、X射线衍射仪(XRD)以及力学性能测试对DPD后的AZ31镁合金的微观组织、织构演变和力学性能进行观察和分析。本研究主要内容包括：
　　①加载方向沿着样品轧制方向(RD)的DPD使得AZ31样品产生了大量的{10-12}拉伸孪生,随着变形量的增加,孪生体积分数先增加后减少,当变形量达到5％时,孪生体积分数达到最大值;同时,DPD使得AZ31样品的晶粒取向发生了偏转,随着变形量的增加,基面织构逐渐减弱,当变形量达到8％时,基面织构全部变成孪生织构;随着动态塑性变形量的增加,孪晶片层片层间距逐渐减小。
　　②DPD变形后再沿样品RD方向拉伸(以下称为0°拉伸)过程中会发生退孪生现象,样品孪生体积分数由13％、35％和66％分别降为3％、2％和9％。拉伸前后的织构也发生变化,拉伸后初始基面织构由于退孪生现象的发生而得到恢复;DPD变形后再样品ND方向拉伸过程(以下称为90°拉伸)中没有发生退孪生现象,拉伸前后孪生体积分数、样品晶粒取向基本不变。
　　③对DPD变形后的AZ31样品进行0°拉伸时,由于发生退孪生现象,材料的屈服强度急剧降低,同时DPD形成的{10-12}孪晶在退孪生过程中逐渐消失;对DPD变形后的AZ31样品进行90°拉伸时,样品强度随着DPD变形量的增加而不断增大,这可能是由于孪晶界阻碍位错的滑移;对于DPD变形后的0°和90°拉伸试样来说,材料的抗拉强度并没有发生多大的变化,说明DPD对材料的抗拉强度影响较小。为了消除由于DPD引入的位错缠结以及应力集中等其他因素的影响,只分析孪生行为以及孪晶片层结构对镁合金的力学性能的影响,我们进行了去应力退火处理。研究结果表明:
　　④对DPD去应力退火后的AZ31镁合金进行0°拉伸时,发现材料的屈服强度和抗拉强度随着 DPD变形量的增加也不断增大,后者甚至高达274Mpa,而且增大的幅度比没有退火处理的样品更加明显,这是因为退孪生引起织构的改变,使得软取向转变成硬取向,从而达到了织构强化的作用;对DPD去应力退火后的AZ31镁合金进行90°拉伸时,发现材料的屈服强度和抗拉强度与没有进行DPD变形的热轧退火板相比没有多大的变化,因为在变形过程中不存在织构强化,{10-12}孪晶片层分割导致的晶粒―细化‖对AZ31镁合金的力学性能的影响并不明显。这说明孪晶界强化的效果与织构强化的效果相比较起来,织构强化对材料的力学性能影响更显著。