基于织构调控的Mg-Ce(Zn)合金挤压及热轧工艺优化

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本研究以Mg-2Zn-0.5Ce合金和Mg-0.5Ce合金为研究对象,分别采用常规轧制工艺、包套轧制工艺和反挤压工艺对材料进行了不同程度的变形。采用了光学显微镜(OM),扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)研究合金变形前后显微组织和织构的演变,并对变形后的合金进行了室温拉伸试验,研究了变形程度、变形温度、退火工艺对合金微观组织、织构演变和力学性能的影响。本研究的主要目的是基于织构调控的基础上优化合金的轧制参数,开发出具有高成型性的镁合金板材,在对反挤压过程中微观组织演变的研究基础上探讨Mg-Ce系稀土合金织构弱化机理,取得了如下进展。Mg-2Zn-0.5Ce合金在400℃常规轧制工艺条件下变形时,板材的微观组织非常不均匀,再结晶程度低;随着变形程度从38%增加到76%,再结晶程度增加,组织更加均匀。板材均表现出明显的各向异性,450℃变形可获得塑性更好的板材,其在45°方向延伸率为15.12%,而400℃的板材仅为9.83%。退火处理可获得组织均匀的材料,但织构明显强化。另外Mg-2Zn-0.5Ce合金板材经常规轧制工艺,温度为400℃和450℃的条件下变形时,板材发生边裂,而且表面氧化严重,成型性能差。采用铝板包套轧制工艺可以避免轧制过程中温度大幅度下降,铝板包套轧制Mg-2Zn-0.5Ce合金时,轧制板材表面平整、具有金属光泽、无明显边裂,板材成型性能好。由于包套铝板的有效保温作用,精确控制了合金成型温度范围,轧制后板材组织明显细化,晶粒大小及分布均匀,相对于400℃轧制,提高轧制温度到450℃轧制获得的板材晶粒为9.5μm,晶粒略有长大,但织构更弱,出现了典型的稀土织构,材料的各向异性不明显,三向拉伸时均表现出较好的塑性,延伸率接近30%。此外,包套轧制工艺获得的Mg-2Zn-0.5Ce合金织构相对于常规轧制工艺明显弱化,板材塑性明显优于常规轧制工艺。因此,采用450℃高温包套轧制工艺可以有效改善板材的塑性。对Mg-0.5Ce合金在350℃及400℃进行反挤压后并立即水冷,结果表明反挤压过程中,优先在晶界处沿着挤压方向发生部分再结晶,随着应变的增加,再结晶晶粒逐渐增多,并出现了沿着挤压方向的变形条带;相比较而言,在400℃下进行反挤压时,棒材发生了更大程度的再结晶,但依然有些许沿挤压方向的拉长变形晶粒存在。400℃反挤压的材料织构更加随机化。挤压后棒材的拉压对称性明显优于350℃反挤压变形的材料,而且延伸率增加约5%左右。可推测稀土Ce元素固溶在Mg基体内产生了溶质拖曳作用,并且400℃下进行反挤压正好处于动态时效硬化的温度-应力区间。因此,400℃反挤压的材料织构更加弱化,材料变形各向异性改善,是较优的变形条件。
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