温度对多向压缩AZ21镁合金晶粒细化及退火行为的影响

摘要

变形镁合金具有低密度、高比强度等优点成为理想的轻质金属结构材料，然而较低的强度及室温塑性严重地制约了其大范围应用。本文采用多向压缩及退火工艺，旨在利用孪晶与再结晶协调细化晶粒和控制织构，对实现镁合金强韧化进行了探索。
　　 对AZ21镁合金轧板在室温、393 K和448 K三个温度进行多向压缩变形及低温退火，采用光学显微镜、EBSD及力学性能测试对各过程光学组织、织构和力学性能演化进行研究。
　　 室温低道次压缩时，{10-12}孪生为主要变形机制，随着变形道次的增加，变形过程中逐渐增加的压应力，足以令试样即使在低Schmid因子的情况下都能产生大量压缩孪晶，孪晶间相互交叉及孪生诱发的动态再结晶共同导致了组织的细化。
　　 三种温度下变形4道次试样不仅细化效果差别不大，显微硬度几乎相同，且都呈现类似的基面平行于ND方向的强织构，导致室温拉伸性能几乎相同;而对于30道次变形试样，不仅组织细化效果，同时其抗拉强度、断裂延伸率都随着变形温度的升高而恶化。试样经室温压缩30道次后原始组织已被完全细化，其屈服强度、抗拉强度分别较初始态提高了130％和75％，而延伸率较初始态仅略有下降。
　　 室温压缩30道次镁合金在473 K-548 K区间的静态再结晶过程能很好的满足JMAK方程，据此算得其再结晶激活能约为63.4KJ/mol;试样经523 K退火150 s完全再结晶时，平均晶粒尺寸仅3.75μm，升高和降低退火温度都会引起晶粒的粗化。EBSD分析结果显示，此时试样的初始基面织构大大弱化，不仅其强度、尤其是延伸率提高了50％，同时显示出优异的成形性能，其胀形性能甚至可与铝合金媲美。
　　 4道次变形试样低温退火时发生了基于孪生的再结晶，变形温度越高，退火后试样塑性越差;而对于30道次变形试样，393 K变形及低温退火后获得塑性最好，室温变形次之，448 K最差，再结晶机制的不同可能是导致这种现象的原因，其中，393 K变形30道次试样经523 K退火300 s后，其延伸率高达33.9％，较初始试样提高近65％。
　　 本研究得到国家自然科学基金项目(51071182)的资助
　　 采用多向压缩变形及低温退火处理后，不仅试样强度、同时延伸率都会提高;同一变形温度下，变形道次越多，试样低温退火后晶粒尺寸越小、断裂延伸率也越高，变形温度过高(≥448 K)，这种趋势不明显。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 引言

1．2 镁合金细化

1．2．1 常见剧塑性方法比较

1．3 镁合金退火再结晶

1．3．1 冷变形镁合金退火再结晶

1．3．2 热变形镁合金退火再结晶

1．4 已有研究基础

1．4．1 道次变形量对室温多向压缩镁合金晶粒细化的影响

1．5 研究内容与目标

1．5．1 研究内容

1．5．2 研究目标

1．6 本项目的研究意义及创新点

第二章 实验过程及方法

2．1 实验方案设计

2．2 实验材料

2．3 实验方法

2．3．1 多向压缩实验操作方法

2．3．2 变形参数设计

2．3．3 退火实验

2．4 组织观察及性能检测

2．4．1 金相组织观察

2．4．2 SEM/EBSD分析

2．4．3 组织定量分析

2．4．4 杯突试验

2．4．5 室温拉伸实验

2．4．6 硬度测试

第三章 镁合金多向压缩变形时的组织和性能演化

3．1 室温多向压缩变形下的流变行为及组织演化

3．2 晶粒细化机理

3．3 室温多向压缩过程的力学性能演化

3．4 温度对多向压缩过程的组织和性能影响

3．4．1 低道次变形时(4道次)的组织和力学性能演化

3．4．2 高道次变形时(30道次)的组织和力学性能演化

3．5 本章小结

第四章 多向压缩变形镁合金退火再结晶研究

4．1 室温压缩试样退火时组织及力学性能演化

4．1．1 室温压缩变形4道次试样退火组织演化

4．1．2 室温压缩变形30道次试样退火组织演化

4．1．3 室温变形30道次试样再结晶动力学分析

4．1．4 室温压缩变形镁合金力学性能演化

4．2 不同温度压缩试样退火时的组织与力学性能演化

4．2．1 4道次多向压缩变形试样523K退火时的组织演化

4．2．2 30道次多向压缩试样523K退火时的组织演化

4．2．3 不同道次变形试样退火时的力学性能演化

4．3 分析讨论

4．4 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的主要研究成果