双峰分离非基面织构AZ31镁合金板材冷轧性能及组织演化研究

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镁及镁合金作为目前最具潜力的轻质材料之一,具有比刚度高、比强度高、机加工性能好以及易于回收再利用等优点,在汽车航天航空及电子3C等领域的应用前景广泛。但由于变形镁合金在传统加工工艺中容易形成较强的基面织构,导致其塑性较差,特别是在室温下的变形能力严重不足,极大的限制了其生产及后续应用。因此,本文通过等径角轧制-连续弯曲-退火工艺(Equal channel angular rolling and continuous bending with subsequent annealing,ECAR-CB-A),制备出具有沿轧制方向(Rolling direction,RD)偏离±40°左右的双峰分离非基面织构AZ31镁合金板材。前期试验中发现这种特殊的双峰分离非基面板材室温下单道次冷轧最大压下量高达32%,而基面织构板材冷轧单道次最大压下量不超过22%,因此,这种特殊织构的板材相较于传统AZ31镁合金板材冷轧性能得到了极大的提升。为了研究其在室温下的轧制塑性变形行为及其变形机制,本项目设计了0.1m/s,0.2m/s和0.4m/s三种不同的轧制速度,对具有强基面织构和双峰分离非基面织构的两种板材进行室温多道次冷轧。通过金相(Optical Microscope,OM),X射线衍射(X-Ray Diffraction,XRD)和电子背散射衍射(Electron Backscattered Diffraction,EBSD)等检测手段,研究不同初始织构和不同轧制速度对AZ31镁合金板材室温轧制过程中微观组织演变的影响,为高性能镁合金板材工业化生产奠定一定的理论基础。主要研究结论如下:(1)初始织构对AZ31镁合金板材冷轧成形性能与组织的影响:在冷轧过程中,对于基面织构板材,位错滑移一直作为其主要变形机制,孪生几乎不参与贡献,在整个冷轧过程中,晶粒c轴会逐渐向RD方向偏转,这是由于锥面<c+a>滑移的活性较高;而对于双峰非基面织构板材,在变形前期,位错滑移和{10-12}拉伸孪生都参与了变形,且{10-12}拉伸孪晶变体的选择导致双峰向ND方向收拢,到了变形中后期,{10-11}压缩孪生和{10-11}-{10-12}拉伸压缩二次孪生也参与了变形,同时{10-11}压缩孪晶会导致晶粒基极偏离ND方向,而{10-11}-{10-12}二次孪晶则会使得晶粒基极偏向ND,但整体上在整个冷轧过程中织构是呈现出由双峰向ND方向收拢的趋势。通过matlab编程计算了各常用滑移系和孪生系在轧制受力状态下的Schmid因子,发现基面织构板材开启基面滑移和{10-12}拉伸孪生的Schmid因子都非常低,而双峰分离非基面织构板材非常有利于基面滑移和{10-12}拉伸孪生的激活,且c轴沿RD方向偏转角越大,越有利于{10-12}拉伸孪生,这种具有高基面滑移及{10-12}拉伸孪晶活性的双峰分离织构使得板材具有非常优异的冷轧性能,其在每道次压下量为10%的情况下的累积压下量高达39.2%,是具有基面织构板材(18.3%)的两倍。(2)轧制速度对AZ31镁合金板材冷轧成形组织演变与织构的影响:在单道次压下量为10%的情况下,以0.1m/s,0.2m/s和0.4m/s三种不同冷轧速度对具有双峰分离非基面织构板材进行多道次冷轧,三种板材都在累积压下量为40%左右出现了边裂,轧制速度对这种特殊非基面织构板材的冷轧性能影响不大。在冷轧前期,对于基面织构板材,其{10-12}拉伸孪晶数量随着轧制速度的增加而增加,而对于双峰分离非基面织构板材,其{10-12}拉伸孪晶数量随着轧制速度的增加而略有减小,但其位错密度却大幅度的增加。在冷轧后期,不同速度轧制的双峰分离非基面织构板材都出现了{10-11}压缩孪晶和{10-11}-{10-12}二次孪晶。三种速度下冷轧的板材其晶粒c轴都会由双峰位置向ND方向收拢,其中冷轧速度(0.4m/s)最大的双峰分离非基面织构板材收拢趋势最强,其织构最强点已收拢至ND向RD偏转15°左右,这是由于基面滑移开启会使得晶粒c轴向ND方向收拢的缘故。
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