热轧过程对Mg-3%Al-1%Zn合金薄板微结构和机械性能的影响（有出处）757--中英文翻译

3.0 闻远设计 2023-08-11 39 4 3.48MB 9 页 20光币

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热轧过程对Mg-3%Al-1%Zn合金薄板微结构和机械性能的影响

L. Jina,b*, J. Donga,b, R. Wanga,b, L.M. Penga,b

（a 国家轻合金形成工程研究中心,上海交通大学

b 国家金属基复合材料重点实验室,上海交通大学）

摘要：本文对AZ31合金板材热轧过程中微观组织的演变和变形机制进行了试验

研究。AZ31板材微观结构中原始晶粒平均大小为37um，此外，扩散、拉伸、孪生

导致位错的滑移，滑移的方式由初始晶粒取向、晶粒尺寸和轧制温度决定。AZ31

板材在热轧过程中晶粒细化的主要机制是连续动态回复和再结晶，{

1011}晶面

的拉伸以及沿{

1011}-（10

12）滑移系孪生加速晶粒细化过程。在AZ31合金钢热

轧过程中拉伸和孪生与晶粒细化和织构随机化成正比。在本研究中，400℃每道

次下轧50%条件下钢件比在300℃每道次下轧30%条件下有更好的韧性。因此，提

高轧制高温度和增加单道次下轧量有利于AZ31钢板微结构优化和机械性能改善。

1 引言

镁板材目前被应用到各种各样的测试之中。然而，在室温下由于基体和近基

体织构沿轧向扩展，因此轧制镁合金通常呈现相对较低的延伸率和较差的塑性

[1]。应用镁合金两个重要的要求是细化晶粒和随机纹理。在镁合金中织构的演

变受到应变方式和最初微观结构相互作用的影响[2]，镁合金板材中基体织构产

生与基体滑移活性有关[3]。据了解,基体纹理来源于(10

−

12)扩展孪生基础上,这

样的扩展孪生是基于孪生能调整与C轴平行的压应力，这些能够在试验[4]、[5]

中得到证实。但是很难改变像AZ31和AZ61镁板材的基体组织，如果建立塑性变形

模型和轧制过程参数之间的相互关系，那么基体组织的强度可以减弱，通过控

制轧制过程的参数也可使晶粒尺寸减小。

镁是通过滑移、孪生和边界滑移发生塑性变形。边界滑移适用于纳米材料成

型或者超塑性变形，也同样适用于AZ31板材中的晶粒细化[7-9]。在基平面上的

位错滑移导致大形变的塑性变形，但是只有两个单独的基滑移系远少于普通变

形需要的5个单独滑移系统。在镁和镁合金中孪生产生附加变形即{10

12}（10

1）扩展孪生和{10

11}（10

12）拉伸孪生。为了防止位错滑移，菱方晶系{10

10}

（11

20）和正交晶系{10

11}（11

20）应用于AZ31合金中来增加在基体晶系（000

1）（11

20）中的滑移。对于在持续升温中轧制AZ31板材，除了基滑移和扩展孪

生，容易产生无基体的位错滑移和孪生方式，在AZ31合金板材热轧过程中变形

方式取决于原始晶粒结构和轧制工艺过程。另外，持续动态回复再结晶是作为在

镁合金变形连续升温变形过程中晶粒细化和长大的一种现象[14-15]，这一点是

来源于低能位错理论[16]。然而，轧制过程，变形机制和微结构的演变之间的关

系并不是很明确。

图1.AZ31合金板材原始微观结构：

(a)反极图

(b)极图

(c)满足基滑移系的施密德因子

而电子背散射衍射技术(EBSD) 有助于理解AZ31板材在热轧过程中的孪生演

化、取向偏差、织构和晶粒结构以及变形机制对微结构演化的影响。这样开创了

一种通过设计合理的微结构轧制过程来控制机械反应的可能性。因此，本文旨在

研究AZ31合金在热轧过程中微结构演变应用电子背散射衍射技术(EBSD)，以及

微结构和机械性能的关系。

2 材料和实验

本实验中使用的是 AZ31 合金。热轧前，合金为 537K温度下下横截面积为 11

0mm×10mm 的矩形棒材。图1所示 AZ31 合金热轧前的微结构，包括反极图（IP

F），极图和施密得因子。结果表明最初的基体织构有 C 轴垂直于板材平面的，

极少有 C 轴平行于板平面的和原始挤压方向。图1(c)表明大部分区域的施密德

因子值都小于 0.3，表明晶粒取向不利于基体滑移。

基体棒材分别在 573K和 673K下预热 0.5 小时，然后在热轧钢厂分别以单

轧 30%和 50%将棒材热轧至厚度为 3.5mm 和 2.5mm。使用内部电子加热器将轧轮温

度控制在 473K 左右。总的厚度减少量分别大约在 65%和 75%。卷板再次加热来保

证可加工性。轧制方向与所获得的棒材方向平行。轧制样本在每次轧制后都要马

上用水淬。水淬后的样本用 LEOTM 1450 扫描电子显微镜，20KV 和带 TSLTM EBSD

相机照片来做电子背散射衍射技术(EBSD)分析，由于是在电子背散射衍射技术

(EBSD)分析样品中的变形结构，因此在区域里有极低的指数特性、较多的位错反

应和细晶孪生，但是结果仍然表明了许多有用的信息。

3 结果和讨论

图2 中显示了在不同的每次下轧量和轧制温度下晶粒尺寸分布。最初的挤出

材料晶粒尺寸大小从10-160um 不等，平均晶粒尺寸为 37.29um。图2（a）表明

在 300℃和每道次下轧 30%时，在轧制前三次后晶粒结构就开始发生演变。在单

次滚轧后，晶粒的平均尺寸急剧减小，主要的晶粒尺寸范围在 10-30um 变化，

但是相当大数量晶粒在 40-85um 变化。第二次轧制后，晶粒更加均匀细化，平均

晶粒尺寸为 8.8um。第三次轧制事实上导致了晶粒尺寸稍稍增加到 13um。在 400

℃下轧制也获得了相同的结果。图2（b）概括了 AZ31 板材在不同道次下轧和轧

制温度下热轧时的平均晶粒尺寸大小，结果表明在下轧量确定时，平均晶粒尺

寸在 400℃下要比 300℃轧制要大一些；轧制温度确定时，在相同的总厚度前提

下，增加每道次下轧会使晶粒更加细化。

图2：(a)1-3次每道次下轧30%，300℃热滚轧后AZ31合金板材晶粒尺寸

分布

(b)在不同轧制过程中的平均晶粒尺寸大小，其中晶粒是根据位

错角大于15°的晶粒边界来划分的。

图3给出了 AZ31 合金板材热轧前和热轧后的拉应力。图中应力应变曲线表明

AZ31 合金板材热轧后应变减小，屈服应力增加，抗拉强度增加。轧制 AZ31 合金

板材后有相同的屈服应力和抗拉强度，但是韧性发生了很大变化，韧性要比在

更高温度和较大道次下轧量时大得多。

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摘要：

热轧过程对Mg-3%Al-1%Zn合金薄板微结构和机械性能的影响L.Jina,b*,J.Donga,b,R.Wanga,b,L.M.Penga,b（a国家轻合金形成工程研究中心,上海交通大学b国家金属基复合材料重点实验室,上海交通大学）摘要：本文对AZ31合金板材热轧过程中微观组织的演变和变形机制进行了试验研究。AZ31板材微观结构中原始晶粒平均大小为37um，此外，扩散、拉伸、孪生导致位错的滑移，滑移的方式由初始晶粒取向、晶粒尺寸和轧制温度决定。AZ31板材在热轧过程中晶粒细化的主要机制是连续动态回复和再结晶，{-1011}晶面的拉伸以及沿{-1011}-（10-12）滑移系孪生加速晶粒细化...

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