AZ31镁合金静态再结晶与动态再结晶行为的基础性研究

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相比于传统金属材料,镁及镁合金在多方面性能表现优异,这极大扩展了其在交通运输和航天航空等领域应用前景。然而,镁合金较差的塑性变形能力,限制了其产品的多样化和应用领域的多域化,所以改善镁合金的塑性是解决镁合金应用难的关键之举。影响镁合金塑性的因素主要有:晶粒尺寸、变形方式、织构等。再结晶不仅能调控变形组织的晶粒尺寸,还能改变其织构类型,因此研究镁合金变形组织的再结晶行为变得极为重要。本文选择商业AZ31镁合金作为实验原材料,研究冷轧变形组织对晶粒尺寸的响应规律;研究不同变形组织在静态再结晶行为中发挥的作用,计算再结晶激活能;研究孪晶再结晶的过程和织构演变规律,分析织构变化的主要原因;研究AZ31镁合金板材热压缩过程中组织和织构变化规律,并分析特殊形貌的形成过程和机理。主要研究成果如下:(1)晶粒尺寸和轧制变形量对冷轧AZ31镁合金微观组织的影响主要是:晶粒尺寸不同的原始板材,冷轧后出现孪晶和剪切带两种典型组织,呈相互竞争的关系,随着晶粒尺寸增加,孪晶逐渐占据主体地位,当晶粒尺寸为43μm时,剪切带组织消失。对于大晶粒(晶粒尺寸50μm)和小晶粒(晶粒尺寸5μm)板材,随着冷轧变形量的增加,板材组织类型没有改变,但数量都有逐渐增加的趋势。(2)退火对冷轧板材微观组织的影响有:在等温退火条件下,再结晶晶粒分别在剪切带和孪晶组织中优先形核。孪晶再结晶大约在300s结束,剪切带再结晶结束时间则很难通过组织观察确定。大晶粒和小晶粒冷轧板材具有不同的静态再结晶激活能,大晶粒冷轧板材为80.5 k J/mol,小晶粒冷轧板材为60.4 k J/mol。(3)大晶粒冷轧板材在300℃下退火处理后,出现两种典型的静态再结晶机制,分别为孪晶再结晶和以小角度晶界转变为大角度晶界的亚晶形核机制。孪晶再结晶过程中基面织构先减弱后增强。(4)AZ31退火板材在不同温度热压缩后,温度对流变曲线的影响规律为:随着温度的升高,应力峰值和应力峰值对应的应变值都逐渐减小,动态再结晶的开始时间提前。(5)10%热压缩应变量后,基体中出现大量的带状组织、晶界弓出现象、少量的{1012}孪晶扩展残留基体。对于带状组织:随着热压缩变形量的增加,带状组织逐渐消失,晶粒内部大量的位错墙变为位错胞,为后续的链状组织提供了形成基础。晶界弓出:当应变量为30%时,晶界弓出与再结晶同时进行,再结晶晶粒在弓出晶界处聚集,且相对于原始组织基面织构较弱。当应变量为40%时,晶界弓出现象消失,动态再结晶以晶粒内部的一点点的错动形式不断形核。孪晶扩展残留基体,特征为:在晶粒内部形成的拉伸孪晶快速向晶粒边缘扩展,残留基体在组织中呈均匀分布,随着变形的增加,残余基体可以作为动态再结晶晶粒的聚集点,再结晶晶粒也会逐渐形成明显的链状组织,取向差角度呈随机分布。
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