强变形轧制工艺对Mg-6Sn-3Al-Zn合金组织和性能的影响

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镁合金作为当前实际工程应用中最轻金属结构材料,已广泛地应用于航空航天、3C产品及交通运输等领域。镁合金板材的轧制工艺,尤其是强变形轧制研究还不是很成熟,限制了镁合金板材在环境、能源、信息等其他领域的普遍应用。本文以Mg-6Sn-3Al-Zn(简称TAZ631)合金为研究对象,主要研究合金的传统轧制工艺和大压下率包套轧制行为。本文采用CO2+SF6气体保护在坩埚炉中制备了Mg-6Sn-3Al-Zn(wt.%)合金,利用BKD?150×260实验轧机、Instron-5982万能试验机、Leica DMI3000M型光学显微镜、X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等设备对铸态合金及两种轧制态合金的显微组织、室温拉伸性能及宏观织构进行了研究和分析。铸态TAZ631合金的显微组织,主要由基体α-Mg和大量均匀分布的Mg2Sn相组成,Mg2Sn相主要以长条状或颗粒状分布在晶界处,部分颗粒状分布在晶粒内部;铸态合金的室温抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为207.0MPa、88.7MPa和12.7%。在传统轧制和大压下率包套轧制两种轧制实验中,研究了轧制温度和轧制变形量对合金组织和性能的影响。为更精确研究包套轧制中温度对TAZ631合金组织和性能的影响,在常规轧制温度实验设计中,采用100℃温度差以确定较佳轧制温度后,缩小温度差进行大压下率包套轧制的研究;由文献可知,包套轧制可有效改善轧制边裂,尝试了两道次,每道次23%(总压下率约40%)、两道次,每道次35%(总压下率约60%)和两道次,每道次55%(总压下率约80%)大压下率轧制实验。两种轧制试验表明,轧制温度和变形量的变化会影响轧板的表面质量,边裂数量随温度升高而减少,随压下率增大而增多。相比于传统轧制,利用6063铝合金包套轧制的镁合金板材的表面质量整体较好。特别是单道次压下率55%,2道次轧制累积压下率80%的轧板,其边裂情况与常规轧制多道次累积压下率80%的板材相似,包套轧制能有效改善板材的轧制质量。对轧制变形后的TAZ631合金进行金相显微组织观察发现,传统轧制试验低温轧制时,合金未发生动态再结晶,有孪晶组织存在,铸态等轴晶在轧制过程中成为沿轧制方向拉长的变形晶粒;随着温度升高和压下量增大,再结晶组织增多,形成大晶粒、小晶粒不均匀分布的混晶组织;大压下率包套轧制后的组织进一步细化,在350℃轧制时,形成了项链状组织;当轧制压下率增大至80%,可以发现,在较大晶粒的周围形成了高密度的再结晶组织,形成了大晶粒和小晶粒双峰分布的形貌。对不同轧制工艺条件下的TAZ631合金板材宏观织构进行研究发现,轧制后X射线衍射的最强峰均由铸态{1011}晶面变为{0002}晶面,合金板材表面形成了明显的{0002}基面板织构。随着轧制温度的升高,基面织构强度减弱;而随着轧制压下率的增大,基面织构强度增强。经过两种轧制工艺变形后,合金板材的沿RD方向的室温拉伸性能都有较大的提升。经综合分析,Mg-6Sn-3Al-Zn镁合金优化后的轧制工艺参数为:6063铝合金包套轧制,轧制温度450℃,压下率55%-55%,累计变形量80%。在该工艺条件下,合金板材的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为325.99MPa、211.55MPa和20.6%,相比于铸态分别提升了57.5%、138.5%和62.2%,在维持延伸率的同时其强度相比于常规轧制最佳试样分别提升了11%和13.7%。
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