AZ31B镁合金板材的织构
AZ31B镁合金电子束焊接接头组织及性能分析
中大块的白色晶粒是先共晶的 α2Mg 固熔体 ,白色
214 硬度分布规律 图 5 为焊接接头维氏硬度分布曲线 ,位置 0 点
为焊缝中心区 ,硬度测量处焊缝宽为1. 3 mm ,由图 可知 ,从焊缝区到母材维氏硬度分布变化不太大 ,硬 度值在 50～55 HV之间 。对焊缝区和母材区进行分 析 ,焊缝区硬度值略高于母材区 ,均值为54. 7 HV ,母 材区均值为52. 2 HV。这可能是在电子束焊接过程
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第9期
谭 兵 ,等 :AZ31B 镁合金电子束焊接接头组织及性能分析
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比较严重 ;而铝的沸点为2 056 ℃,并且它的含量也 较低 ,因此蒸发的量较少 ,由于焊缝中镁的蒸发损失 引起铝的相对含量升高 ;同样锰也是由于沸点高 、含 量低 ,因此焊后百分含量增加 ;而锌的沸点比镁的更 低 ,因此在焊接过程中更易蒸发 ,但因为它的含量 低 ,并且镁的蒸气量大 ,会有一定程度的抑制锌的蒸 发 ,因此焊后在焊缝中的相对含量会有一定的减少 , 但减少的比例并不多 。
AZ31B镁合金动态力学行为的研究
AZ31B镁合金动态力学行为的研究镁合金具有密度低、比强度和比刚度高、良好的铸造性能、较强的电磁屏蔽能力以及易于再生利用等一系列独特的优点,被誉为“21世纪最具发展潜力和前途的材料”。
其结构件在汽车、飞机、计算机、通讯等领域获得了日益广泛的应用。
由于具有良好的延展率和较高的强度等优点,AZ31B变形镁合金是目前应用最广泛的挤压变形镁合金。
在镁合金的应用中,冲击与循环等动态载荷的作用不可避免,因此对变形镁合金的动态力学行为与组织结构之间关系的研究,对变形镁合金结构件的安全设计及合理使用具有重要的指导意义。
本文主要针对AZ31B变形镁合金挤压棒材的动态拉伸、快速冲击和低周疲劳行为进行了研究,探讨了不同载荷条件下的塑性变形机制以及织构对变形机制和动态力学行为的影响。
研究结果表明,具有{0001}//ED织构的样品(轴向样品)在普通拉伸条件下,其真应力-真应变曲线呈现下凹形,而具有拉伸轴沿<0001>-<11-20>和<0001>-<10-10>织构分布的样品(径向样品),其真应力-真应变曲线为直线形；而在动态拉伸条件下,大量{10-12}拉伸孪生的开动导致了真应力-真应变曲线中平台的出现,并且随着孪生数量的增加平台宽度也增大,轴向样品曲线平台出现在屈服前,而径向样品曲线平台出现在屈服后。
由于{10-12}拉伸孪生、{10-11}压缩孪生、基面滑移、柱面滑移、锥面滑移的CRSS的不同,导致其参与变形的程度和所起作用的不同,Schmid因子对各种变形机制启动起重要作用,这是具有不同织构样品在动态拉伸过程中产生不同力学行为的主要原因；在超快速拉伸条件下,轴向样品的屈服强度、断裂强度、总应变量均随着应变速率的增加而增加。
应变速率越大,样品发生脆性断裂的倾向性也越大。
在快速冲击载荷下,轴向样品和径向样品的屈服强度、断裂强度、总应变量均随着应变率的增加而增加,并且对应{10-12}拉伸孪生的数量也增加。
镁合金AZ31B板材热拉深成形工艺参数优化
(1. 哈尔滨理工大学 材料科学与工程学院 , 哈尔滨 150040 ; 2. 上海交通大学 轻合金精密成型国家工程中心 , 上海 200030)
①
不同压边力和不同拉深速度下 , 针对厚度为 0. 8 mm 的 A Z31B 镁合金板材的成形性能用 摘 要 : 在不同温度 、 有限元分析软件进行模拟与分析 。 在 25～220 ℃ 的温度范围内 , 采用直径为 140 mm 的坯料进行冲压成形 , 研究 成形温度 、 拉深速度以及压边力对 A Z31B 镁合金板成形性能的影响 。 结果表明 : 成形温度为 200 ℃ 时的极限拉深 比达到了 2. 8 ; 成形温度在 200 ℃ 以下时 , 随着成形温度的升高 , 镁合金板材的成形性能越来越好 , 这证明 A Z31B 镁合金具有良好的热拉深性能 ; 此外 , 拉深速度和压边力对 A Z31B 镁合金的拉深成形也有重要影响 。
图1 有限元计算模型
Fig. 1 Calculatio n model of finite element
板料塑性成形中主要的质量问题是开裂和起皱 两大类缺陷 。 开裂本质是拉伸失稳现象 , 而起皱本 质是板料压缩不稳定现象 [ 15 ] 。 本文将采用动态显 式弹塑性有限元分析软件进行模拟及分析 , 对镁合 金板材的热拉深工艺进行计算机模拟 , 通过成形温 度、 冲压速度及压边力着重对起皱 、 破裂等缺陷进 行预测 , 以实现相关工艺参数的优化 。
( 4) ( 5) ( 6)
图2 镁合金板材极限拉深比随温度的变化
使用指数应变强化模型 , 其等效应力 — 应变关 系为 n σ = K( ε ( 7) 0 +ε p) σ为应力 ; K 为强化系数 ; ε 式中 0 为初始屈服应 力的应变 ; ε 为塑性应变 ; n 硬化指数 。 p 根据 Barlat 和 Lian 准则 , 任意角度的宽度与 厚度应变比计算如下 : m σ 2m s ( 8) R< = - 1 5< 5< σ + < σ σ 5 5 x y σ 式中 < 为 < 角度方向上的单轴拉伸应力 , 式 ( 7 ) 可用于迭代计算 p 值 。 对于面心立方结构 ( fcc ) 的材料 , 推荐 m = 8 ; 对于体心立方结构 ( bcc ) 的材料 , 推荐 m = 6 。 镁合 金是密排六方结构 , 对于有限元分析软件来说 m 为 默认值 8 。 在冲压成形中材料塑性流动的计算依赖 于材料的屈服准则和塑性流动准则 , 所以 , 材料本 构关系的合理性及有关计算的准确性 , 是直接影响 冲压成 形 过 程 计 算 结 果 可 靠 性 的 最 重 要 因 素 之 一
单向多道次弯曲工艺对AZ31B镁合金板材冷冲压成形性能的影响讲解
单向多道次弯曲工艺对AZ31B镁合金板材冷冲压成形性能的影响摘要:研究单向多道次弯曲（RUB，repeated unidirectional bending）工艺对AZ31B镁合金的冷冲压成形性能影响。
室温下RUB处理的镁合金板材由于基面织构发生了一定的转动，极限拉伸比（LDR，limiting drawing ratio）在轧制方向可以达到1.5。
同时实验也证明了使用RUB处理的AZ31B镁合金板材可以在曲柄压力机上成功的冲压出手机外壳。
室温冲压成形性能的提高可归因于织构的改善，从而导致屈服强度降低、断裂伸长率提高，塑性应变比（r值）的降低以及应变硬化指数（n值）提高。
关键词：镁合金板材单向多道次弯曲工艺织构冲压成形性手机外壳Cold stamping formability of AZ31B magnesium alloy sheet undergoing repeated unidirectional bending processAbstract：The repeated unidirectional bending (RUB) process was carried out on an AZ31B magnesium alloy in order to investigate its effects on the cold stamping formability. The limiting drawing ratio (LDR) of the RUB processed magnesium alloy sheet with an inclination of basal pole in the rolling direction can reach 1.5 at room temperature. It was also confirmed that cell phone housings can be stamped successfully in crank press using the RUB processed AZ31B magnesium alloy sheet. The improvement of the stamping formability at room temperature can be attributed to the texture modifications, which led to a lower yield strength, a larger fracture elongation, and a smaller Lankford value (r-value) and a larger strain hardening exponent (n-value).Keywords:Magnesium alloy sheetRUBTextureStamping formabilityCell phone housing1、引言目前为止镁合金产品主要是由铸造或压铸生产，在航空航天、汽车、民用家电等产品中均有广泛应用。
变形镁合金AZ31的织构演变与力学性能
变形镁合金AZ31的织构演变与力学性能镁合金作为一种新型轻质金属结构材料,在汽车制造、通讯电子、航空航天等工业领域具有广阔的应用前景。
由于镁是密排六方（HCP）结构材料,其塑性变形在室温下仅限于基面{0001}<11（?）0>滑移及锥面{10（?）2}<1011>孪生,因此,镁合金的室温塑性加工能力较差。
目前大多数镁合金制品的加工局限于铸造,特别是压铸成型,然而,铸件的力学性能不够理想且容易产生组织缺陷,极大地限制了镁合金的应用范围。
变形镁合金在铸造后往往通过热变形方式（如挤压、轧制等）细化晶粒、改善合金的组织结构来提高合金的力学性能。
与铸造镁合金相比,变形镁合金的综合力学性能优异;但常规变形镁合金在热变形后一般会产生强烈的{0002}基面织构,而该织构的存在是导致变形镁合金低的室温塑性和高的各向异性的主要原因。
良好的室温塑性是变形镁合金广泛应用的前提之一,而如何通过织构控制及晶粒细化法有效地改善和提高镁合金的室温塑性成为变形镁合金工业发展中的重要方向。
针对上述问题,本论文开展了如下研究工作:（1）铸态纯镁热轧变形过程中{0002}基面织构的演变规律;（2）异步轧制AZ31镁合金板材的形变织构及退火织构;（3）非对称热挤压AZ31镁合金板材的显微组织、织构特征及力学性能;（4）晶粒尺寸及织构对AZ31镁合金室温压缩变形行为的影响。
主要结论如下:铸态纯镁在400℃热轧过程中发生了明显的动态再结晶,伴随晶粒细化和{0001}基面织构的形成。
随着轧制道次的增加,晶粒逐渐细化,晶粒大小趋于均匀,孪晶数量减少;织构由初始态的无规则取向逐渐转化为{0002}基面织构,且基面织构的强度随着热轧变形量的增加而增加。
经多道次热轧后（ε=78%）,纯镁板材内部形成均匀的等轴晶组织和较强的{0002}基面织构。
热轧纯镁中动态再结晶的形核机制主要为基于孪生的动态再结晶形核机制。
AZ31B镁合金正挤压成形工艺研究_王向东
第4期(总第143期)2007年8月机械工程与自动化M ECHA N ICAL EN GI NEER IN G & AU T O M A T IO N N o.4A ug.文章编号:1672-6413(2007)04-0081-03AZ 31B 镁合金正挤压成形工艺研究*王向东,张宝红,张治民(中北大学材料科学和工程学院,山西 太原 030051)摘要:研究了A Z31B 镁合金正挤压工艺与模具的设计,试验结果表明A Z31B 镁合金经400℃保温16h 均匀化退火后,在挤压温度为250℃～450℃、挤压比为20的工艺条件下,能挤出具有较高表面质量的制品,而且随着锭坯温度的增加,变形抗力峰值减少,较挤压前能获得比较致密的组织和良好的力学性能。
关键词:A Z 31B 镁合金;正挤压;模具中图分类号:T G376.2 文献标识码:A*国家自然科学基金资助项目(50605059)收稿日期:2007-01-23;修回日期:2007-03-07作者简介:王向东(1982-),男,江苏江阴人,硕士研究生。
0 引言进入20世纪90年代以来,由于镁合金具有一系列的优点,在美、英、日、德等发达国家,镁合金以其巨大的发展势头在航空、汽车、电子通讯等广阔的领域中不断得到开发与应用。
与铸造镁合金相比[1],变形镁合金在组织上更细、成分上更均匀、内部更致密,更具有发展前途和潜力,通过变形可以生产出尺寸多样的管、棒、板、型材及锻件产品,并可以通过材料组织的控制和热处理工艺的应用,获得更高的强度、更好的延展性和更多样化的力学性能,从而满足更多样化结构件的需求。
变形镁合金的塑性变形主要有模锻、挤压、轧制等方法,其中挤压是最基本的方法,与其它塑性变形方法相比,经过挤压加工的镁合金产品具有较高的强度、较好的延展性和力学性能。
本研究就是以AZ31B 变形镁合金铸棒为例,采用正挤压加工方法形成镁合金棒材,同时,对其挤压工艺与模具设计进行了初步的研究和探讨。
变形镁合金AZ31的织构演变与力学性能共3篇
变形镁合金AZ31的织构演变与力学性能共3篇变形镁合金AZ31的织构演变与力学性能1变形镁合金AZ31是一种广泛应用于航空、汽车、电子、医疗等领域的轻金属材料。
其具有轻质、高比强度、高耐腐蚀性等突出特点，逐渐成为各个领域中的热门材料。
然而，AZ31合金在加工过程中存在明显的异方性，其机械性能受到材料的组织结构影响较大。
因此，对于AZ31合金织构演变对力学性能的影响进行深入研究，有助于提高这种合金材料的使用性能。
AZ31合金的织构演变与力学性能1. AZ31合金的结构特点AZ31合金属于Mg-Al-Zn系列，由镁、铝、锌组成，其中镁含量最高，达到90%以上。
该合金的强度和塑性取决于其织构和显微结构。
AZ31合金虽然密度较低，但其非球形晶粒结构导致其劣异性强，机械性能较差。
而AZ31合金加工过程中的塑性变形，会导致晶体的取向趋向于某些方向，进而改变其结构和性能。
2. AZ31合金的织构演变材料的织构是指其晶体结构的方向取向分布情况。
AZ31合金材料经过加工后，其晶体取向会出现明显的变化。
织构演变主要表现为以下几个方面：(1) 轧制织构AZ31合金在轧制过程中，由于强制变形而出现滑移活动和晶胞旋转，引起晶体取向转移。
随着轧制次数的增加，合金的织构也发生了显著变化。
初始材料晶粒的织构为强烈的(0001)取向，随着轧制次数的增加，晶胞几乎沿着轧制方向旋转。
在轧制后5次，(0001)织构逐渐消失，取向随机化趋势增强。
(2) 拉伸织构AZ31合金在拉伸过程中，晶粒沿着应力方向伸展。
拉伸应变随机化使得AZ31合金中的(0001)取向被破坏，取向随机性增强。
此外，拉伸过程中晶粒的滑移和旋转也会影响其织构。
(3) 桶形拉伸织构桶形拉伸是一种在不一致模式下进行的拉伸，能够产生高度逆变形，有利于产生组织细化和显着的织构改善。
桶形拉伸后，(0001)取向分布更为均匀，且滞后角度明显减小。
3.织构演变对AZ31合金力学性能的影响材料的力学性能受到其组织结构的影响。
挤压_剪切工艺挤压AZ31镁合金的组织和织构演变[1]
![挤压_剪切工艺挤压AZ31镁合金的组织和织构演变[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/78fdde8884868762caaed580.png)
挤压2剪切工艺挤压AZ31镁合金的组织和织构演变Microst ruct ure and Text ure Evolution of A Z31Magnesium Alloy Processed by Ext rusion2shear Technique张丁非1.2,刘杰慧1,胡红军1,石国梁1,戴庆伟1(1重庆大学材料科学与工程学院,重庆400045;2重庆大学国家镁合金材料工程技术研究中心,重庆400044) ZHAN G Ding2fei1,2,L IU Jie2hui1,HU Hong2jun1,SHI Guo2liang1,DA I Qing2wei1(1College of Materials Science and Engineering,Chongqing University,Chongqing400045,China;2Natio nal Engineering Research Center forMagnesium Alloys,Chongqing University,Chongqing400044,China)摘要:采用大变形技术“挤压2剪切”(Extrusion2shear,ES)工艺挤压AZ31镁合金并研究其组织和织构演变。
结果表明:经ES工艺挤压后能得到细小均匀的再结晶晶粒;其宏观组织内存在多种类型的织构,削弱了基面织构的主导地位;由极图可知{0002}基面织构强度下降,ES工艺的再结晶机制是连续动态再结晶。
关键词:大变形;挤压2剪切工艺;组织形貌;织构演变;镁合金中图分类号:T G335.5 文献标识码:A 文章编号:100124381(2010)0720024205Abstract:Microst ruct ure and text ure evolution of AZ31magnesium wrought alloy p rocessed by a new severe plastic deformation including ext rusion and shear were investigated.The result s showed t hat fine and uniform microstruct ures can be achieved by extrusion2shear technique and variety types of text ure can also found in microstruct ures,which weakened t he t he dominant of base text ure.In ad2 dition,t he{0002}basal text ure intensity reduced after ES technique,which can be observed in t he pole figures and t he recrystallization mechanism of ES Technology is continuous dynamic recrystalliza2 tion.K ey w ords:severe plastic deformation;ext rusion2shear technique;microst ruct ure;text ure evolution; magnesium alloy 传统挤压是比较成熟的工艺,但是晶粒细化效果不明显。
镁合金轧制工艺
镁合金轧制工艺绪论1 绪论镁是结构材料中最轻的金属，近年来已经逐渐被应用到航空航天、国防军工、汽车、电子通讯等领域，同时这些领域对其力学性能的要求也在不断提高。
传统的铸造镁合金已经渐渐无法满足要求，而通过挤压、锻造、轧制等工艺生产的变形镁合金产品具有更高的强度、更好的延展性、更多样化的力学性能。
其中，轧制作为镁合金塑性加工的重要手段得到了长足的发展。
镁合金是密排六方晶体结构，c/a 轴比为1.6236，在室温下仅具有一个滑移面，在滑移面上有3个密排方向，即有3个滑移系，根据多晶体塑性变形协调性原则，要使多晶体在晶界处的变形相互协调，必须有5个独立滑移系，显然密排六方结构的镁合金不满足该条件。
因此，在室温下，镁合金的塑性很低。
当变形温度达到225℃时，高温滑移面（棱柱面）被激活，镁合金的塑性有所改善。
镁及其合金的另一个重要特征是加热升温与散热降温比其他金属都快。
因此，在塑性加工过程中，温度下降很快且不均匀，则易发生边裂和裂纹，相对于其它金属材料而言，镁及其合金的热加工温度范围较窄。
镁合金滑移系较少，在室温和低温条件下塑性较差，而且迄今对镁合金塑性变形机理的认识还不够全面和深入，镁合金板材制备及其轧制成形工艺的研究尚处于初级阶段。
镁合金板材轧制成形的以下特点制约了镁合金板材的发展与应用：1）镁合金室温塑性变形能力差，轧制过程中易出现裂纹等变形缺陷；2）目前镁合金板材制备多采用普通的对称轧制，轧制后的组织有强烈的（0002）基面织构，存在严重的各向异性，不利于后续加工；3）镁合金轧制道次压下量较钢和铝小很多，生产效率不高。
制备优质的镁合金板材，大部分工艺都需要经过多道次轧制工序，轧制过程受许多因素的影响，这些因素可以分为两大类：第一类为影响轧制金属本身性能的一些因素，即金属的化学成分和组织状态以及热力学条件；第二类为轧制的工艺因素，如轧制温度、轧制变形量和轧制速度以及后续的热处理工艺。
国内外很多学者针对如何改进镁合金轧制工艺和轧制技术，以获得二次成形性能优良的板材做了大量的研究工作。
az31b镁合金铸轧板的织构和冲压性能研究
硕士学位论文２电磁超声能场对铸轧板坯微观组织和织构的影响因此，其织构分布比普通铸轧板更加散漫，取向极密度更低，晶粒的取向聚集现象更少，但其柱面织构分布却比普通铸轧镁板略高，这是因为在铸轧过程中产生的再结晶组织增加晶粒的柱面取向。
２．４本章小结由ｔ／。
由１／。
图２．１１两种铸轧镁合金带坯的柱面取向分布通过复合能场铸轧实验和普通铸轧实验制备了两种ＡＺ３１Ｂ镁合金铸轧带坯，对比分析两种带坯的微观组织和织构，可得如下结论：（１）复合能场可以使镁合金带坯晶粒明显细化和均匀化。
普通铸轧得到的镁合金带坯平均晶粒尺寸（直径）为７５．８５１．ｔｍ，枝晶网胞发达；复合能场铸轧得到的镁合金带坯平均晶粒尺寸（直径）为４０．５０１．ｔｍ，大部分晶粒为椭球状的等轴晶，有细小的再结晶组织存在。
（２）织构测试表明：两种的镁合金带坯在铸轧过程中均形成以基面织构和柱面织构为主的原始织构。
铸轧带坯在复合能场作用下，原始织构的强度降低，各织构组分分布更均匀，锥面织构组分提高，择优取向较弱。
硕士学位论文３ＡＺ３１Ｂ镁合金温轧的组织、织构和力学性能演变形量的增加而提高，并基本呈现出ＲＤ方向最大，４５０方向次之，ＴＤ方向最小的现象。
复合能场铸轧镁板三个方向的屈服强度、抗拉强度和延伸率始终高于普通铸轧镁板，各向异性程度小于普通铸轧镁板。
而热轧镁板的初始屈服强度、抗拉强度都较高，但在后续温轧中增加缓慢。
（４）三种镁合金板材的延伸率变化规律各不相同：复合能场铸轧镁板的延伸率前四个道次温轧时稳定增加，在第五道次大幅度增加，第六七道次减小；普通铸轧镁板延伸率前两个道次略有减小，然后逐渐增加，最后两道次减小；商用热轧镁板的初始延伸率较大，但在前四道次温轧中逐渐减小，第五道次开始缓慢增加。
（５）在温轧过程中，复合能场铸轧镁板第五道次温轧板材表现出细小均匀的微观组织和散漫的织构分布，其综合力学性能超过同道次的热轧镁板。
镁合金轧制工艺
1绪论镁是结构材料中最轻的金属，近年来已经逐渐被应用到航空航天、国防军工、汽车、电子通讯等领域，同时这些领域对其力学性能的要求也在不断提高。
传统的铸造镁合金已经渐渐无法满足要求，而通过挤压、锻造、轧制等工艺生产的变形镁合金产品具有更高的强度、更好的延展性、更多样化的力学性能。
其中，轧制作为镁合金塑性加工的重要手段得到了长足的发展。
镁合金是密排六方晶体结构，c/a轴比为1.6236，在室温下仅具有一个滑移面，在滑移面上有3个密排方向，即有3个滑移系，根据多晶体塑性变形协调性原则，要使多晶体在晶界处的变形相互协调，必须有5个独立滑移系，显然密排六方结构的镁合金不满足该条件。
因此，在室温下，镁合金的塑性很低。
当变形温度达到225C时，高温滑移面（棱柱面）被激活，镁合金的塑性有所改善。
镁及其合金的另一个重要特征是加热升温与散热降温比其他金属都快。
因此，在塑性加工过程中，温度下降很快且不均匀，则易发生边裂和裂纹，相对于其它金属材料而言，镁及其合金的热加工温度范围较窄。
镁合金滑移系较少，在室温和低温条件下塑性较差，而且迄今对镁合金塑性变形机理的认识还不够全面和深入，镁合金板材制备及其轧制成形工艺的研究尚处于初级阶段。
镁合金板材轧制成形的以下特点制约了镁合金板材的发展与应用：1）镁合金室温塑性变形能力差，轧制过程中易出现裂纹等变形缺陷；2）目前镁合金板材制备多采用普通的对称轧制，轧制后的组织有强烈的（0002）基面织构，存在严重的各向异性，不利于后续加工；3）镁合金轧制道次压下量较钢和铝小很多，生产效率不高。
制备优质的镁合金板材，大部分工艺都需要经过多道次轧制工序，轧制过程受许多因素的影响，这些因素可以分为两大类：第一类为影响轧制金属本身性能的一些因素，即金属的化学成分和组织状态以及热力学条件；第二类为轧制的工艺因素，如轧制温度、轧制变形量和轧制速度以及后续的热处理工艺。
国内外很多学者针对如何改进镁合金轧制工艺和轧制技术，以获得二次成形性能优良的板材做了大量的研究工作。
AZ31镁合金的织构对其力学性能的影响
AZ31镁合金的织构对其力学性能的影响唐伟琴;张少睿;范晓慧;李大永;彭颖红【摘要】利用电子背散射衍射(EBSD)取向成像技术,分析AZ31镁合金热挤压棒材和轧制薄板的织构特点;对具有不同初始织构的镁合金棒材和薄板进行力学性能分析,并从织构角度分析棒材的拉压不对称性和薄板的力学各向异性.结果表明:挤压镁合金棒材具有主要以(0001)基面平行于挤压方向的基面纤维织构,存在严重的拉压不对称性,其原因在于压缩时的主要变形方式为{10(-1)2}<10(-1)1>孪生;热轧镁合金薄板具有主要以(0001)基面平行于轧面的强板织构,具有显著的力学性能各向异性,其原因在于拉伸时不同方向的基面滑移Schmid因子不同.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2010(020)003【总页数】7页(P371-377)【关键词】AZ31镁合金;织构;力学性能【作者】唐伟琴;张少睿;范晓慧;李大永;彭颖红【作者单位】上海交通大学,机械与动力工程学院,上海,200240;上海交通大学,机械与动力工程学院,上海,200240;上海交通大学,机械与动力工程学院,上海,200240;上海交通大学,机械与动力工程学院,上海,200240;上海交通大学,机械与动力工程学院,上海,200240【正文语种】中文【中图分类】TG146.2镁合金具有低密度、高强度、易回收等优点，近年来作为轻质结构材料被逐渐应用于汽车、交通、电子及其他民用产品等领域[1]。
变形镁合金通常通过挤压、轧制、锻造等变形方式来改善合金的结构，提高镁合金的性能，但镁合金在变形后会在合金内产生择优取向即织构。
大量研究表明[2-9]，镁合金织构的存在对镁合金的性能有着显著影响。
因此，研究镁合金在变形过程中产生的织构，明确织构产生的原因及织构对合金性能的影响，就可以对镁合金的变形加工提供理论依据，达到控制织构的目的，用以改善合金的性能以适应结构件的使用要求。
搅拌摩擦焊接与加工AZ31镁合金的组织、织构和力学性能研究
搅拌摩擦焊接与加工AZ31镁合金的组织、织构和力学性能研究搅拌摩擦焊(FSW)作为一种新型固相连接技术已被广泛证明是镁合金的理想焊接方法。
但当前对镁合金FSW的研究,尤其是对组织-性能关系仍然缺乏系统且深入的阐释。
在焊接性能优异的变形镁合金时,FSW接头的力学性能特别是抗拉强度往往难以达到母材水平。
优化焊接工艺参数、发展接头强化工艺并揭示其内在机制成为镁合金FSW的研究趋势。
另外,随着工业生产中焊接结构及工件形状的不断复杂化,新型FSW衍生技术如双轴肩搅拌摩擦焊(BTFSW)也逐渐得到应用,但是当前关于这种工艺下的镁合金接头组织及性能的研究仍十分不足。
除此之外,尽管镁合金FSW接头的组织演变及力学性能与孪生密切相关,当前对搅拌区内具体的孪生行为及机制仍缺乏足够的认识。
因此,针对这些问题开展了以下研究工作。
对挤压态AZ31板材分别沿着与板材挤压方向成0°、45°、90°夹角的方向进行FSW,以此来获得不同的接头初始织构。
研究表明,在相同焊接工艺参数下,接头初始织构的差异几乎不影响搅拌区(SZ)内微观组织及织构演变,而是会导致产生不同的热机影响区(TMAZ)织构。
在TMAZ的组织演变过程中,拉伸孪生及相伴的孪晶诱导动态再结晶是主要的影响机制。
TMAZ的织构组分表现出随位置连续梯度变化的特点。
沿不同方向焊接所得的3种接头具有相近的屈服强度(YS)与抗拉强度(UTS),但对焊接方向与挤压方向成45°的接头,所得接头具有最大延伸率(E1),其各亚区之间良好的变形协调作用能有效缓解局部应变集中。
这表明焊接时控制初始织构有助于提高接头综合力学性能。
3种接头的SZ内具有相似的硬度分布规律,硬度会随着远离SZ中部而向两侧逐渐减小,这种变化趋势是由SZ内特殊分布的强织构所导致。
3种接头的断裂位置表现出明确的倾向性,这与接头各亚区之间变形协调的差异性以及拉伸后期在SZ中部形成的压缩孪晶有关。
异速比对异步轧制AZ31镁合金板材组织和织构的影响
第32卷第8期2010年8月北京科技大学学报Jou rnal of U niversity of Sc i ence and T echno l ogy B eijingV o.l 32No .8Aug .2010异速比对异步轧制AZ31镁合金板材组织和织构的影响李 振 蔡庆伍 江海涛 孟 强北京科技大学高效轧制国家工程研究中心,北京100083摘 要 采用不同异速比对AZ31镁合金板材进行异步轧制,并将轧后样品进行显微组织和X 射线衍射分析,研究异速比对镁合金板材组织和织构转变的影响.结果表明:异速比的变化对晶粒形貌影响较大但晶粒细化效果不明显;当异速比为21800时,板材内出现了长条晶粒;快速辊侧{0002}基面织构强度高于慢速辊侧,且板材两侧表面{0002}晶面的偏转方向相反;异速比对基面织构的强度影响显著,随着异速比的增大,基面织构的强度先增加后下降.这种特殊的织构变化与异步轧制过程中沿厚度方向引入的剪切变形有关.关键词 镁合金;异步轧制;组织;织构分类号 TG 14612;TG 339E ffects of differential speed rati o on the m icrostructure and texture of AZ31magnesi u m alloy sheets processed by differential speed rollingLI Zhen ,CA I Q ing -w u ,JI AN G H ai -tao,M E N G Q i angNati onal Engineeri ng R esearch C en t er f or Advan ced Rolli ng Technol ogy ,Un ivers i ty of S ci en ce and Technol ogy Beijing ,B eiji ng 100083,Ch i naAB STRACT T he effects of diff e renti a l speed rati o on t he m i c rostructure and the tex t ure o fA Z31m agnesi um a lloy s heets processed by d ifferen ti a l speed ro lli ng (DSR )were i nvesti ga ted by opticalm i croscopy and X-ray diffrac tion ana l y si s .The res u lts sho w that d ifferent-i a l speed rati o has a si gn ifican t effect on t he grain mo rpho l ogy but a littl e i nfl uence on the gra i n size .A s t he differential speed rati o i n -creases to 21800,lots of long -str i p gra i ns are found .The i n tensity of {0002}basa l tex t ures is much h i ghe r on t he s i de of fast ro lli ng than on the si de of sl ow ro lli ng and the d i str i butions o f {0002}or i entati ons are different be t w een the t w o surfaces o f the sheet .D ifferen -ti a l speed rati o has also a g reat infl uence on t he strength o f basal textures and w hen the d ifferentia l speed ratio i ncreases ,t he i ntens i ty o f {0002}basal tex t ures i ncreases firstl y and t hen reduces .Th i s special tex t ure change could be attri buted to shea r defor m ation i ntro -duced throughout the t h ickness dur i ng the d ifferen ti a l speed ro lli ng process .K EY W ORDS magnesi u m a lloys ;d iffe renti a l speed rolling ;m icrostruc t ure ;tex ture收稿日期:2009--08--18基金项目:北京市高成长企业自主创新科技专项基金资助项目作者简介:李 振(1984)),男,硕士研究生;蔡庆伍(1955)),男,教授,博士生导师,E-m ai:l cai qw@nercar .u st .cn变形镁合金因其高的组织均匀性和细小的晶粒而具有优于铸造镁合金的性能.但是,镁合金无论是热变形还是冷变形都产生强的基面织构和对应的强各向异性,这使得镁合金轧板和挤压板的拉伸方向是硬取向,一般只有约15%的延伸率,导致镁合金的室温成形性较差,所以在加工过程中如何控制织构的强度和取向具有重要意义.已有研究表明,采用异步轧制(d ifferenti a l speed rolling ,DSR)可减弱镁合金板材的基面织构,提高其性能[1--2].目前关于异步轧制工艺参数包括轧制温度、变形量和轧制道次等对镁合金板材组织和织构的影响已有研究[3--6],但关于异速比对异步轧制镁合金组织及织构的影响,文献报道较少.因此,本文以热挤压镁合金板材为原料,对其进行不同异速比的异步轧制,研究其组织和织构的演变,以期为工业化生产提供理论基础.北 京 科 技 大 学 学 报第32卷1 实验111 实验材料实验所用的材料采用厚度为2155mm 的AZ31镁合金热挤压板材,具体化学成分如表1所示.AZ31属于M g --A l --Zn 系合金,是目前工业界使用较广泛的变形镁合金牌号.除了A l 和Zn ,在AZ31中加入了M n,它的作用是改善合金的耐蚀性能,且由于成分配方中所用的元素均为工业中常见元素,故该合金的成本较低.与铸态镁合金板材相比,热挤压板材晶粒更加细小因而具有更好的可加工性.表1 AZ31镁合金挤压板材合金成分(质量分数)Table 1 C o mpos i ti on ofAZ31m agnes i um a ll oy extrus i on sheets%A l Zn Fe Cu M n N i S i M g 2180~31101104~1117[010025[010017012210~013210[0101[01016余量112 实验过程从挤压板材上截取150mm @60mm 的板材作为轧前试样,将该试样在400e 下保温1h,以便提高其可轧制性能.实验方式采用单道次轧制,变形温度为300e ,变形量为20%,异速比分别为11125、11300、11700、21000、21400和21800,轧后试样直接放入水中淬火,以保存其轧制状态下的组织.轧制过程中通过改变上下工作辊的直径来实现异步轧制异速比的改变,上工作辊为小辊,下工作辊为大辊.轧材和轧辊表面均无润滑,轧制方向平行于板材挤压方向.采用电火花线切割设备从所有轧后板材中部截取用于金相观察和进行X 射线衍射的试样.将金相试样沿轧制方向上的断面磨光,然后采用硝酸+甲醇溶液电解抛光,采用苦味酸+冰醋酸溶液侵蚀,在Carl Zeiss 光学金相显微镜下进行组织观察.X 射线衍射的试样经2000号砂纸磨平后,在Dm ax1400X 射线衍射仪上进行织构的测量,采用Cu K A 射线,管电压40kV,电流100mA.结合透射法和反极图法测量(0002)晶面的晶粒取向密度,并通过计算机自动分析得到试样的极图.2 结果和讨论211 显微组织图1为异步轧制之前原始挤压板材的显微组织和(0002)晶面极图.可以看出,挤压板材组织极不均匀,是由很细的再结晶晶粒和沿挤压方向拉长的粗大晶粒组成的混合组织,晶粒尺寸为6~200L m 不等,形成原因可能是挤压态的变形组织在退火过程中发生了部分再结晶,如图1(a)所示;由图1(b)可以清楚地看到,挤压后的AZ31镁合金板材中呈现很强的基面织构组分,其基面平行于板面,大部分晶粒的(0002)晶面平行于挤压方向,晶粒取向分布极值点向轧向的相反方向偏转了大约15b ,与其他金属类似,镁合金在挤压变形过程中形成了典型的纤维织构.图1 AZ31镁合金挤压板材的组织(a)和基面极图(b)Fig .1 M i cros tr u cture (a)and (0002)pole fi gu re (b)of an AZ31m agnes i um all oy hot -extruded p l ate#1018#第8期李 振等:异速比对异步轧制AZ31镁合金板材组织和织构的影响图2为双辊驱动,轧制温度300e ,变形量20%,不同异速比下的异步轧制AZ31镁合金板材金相组织照片.从图2可以看出,AZ31镁合金经过不同异速比轧制后,样品的晶粒大小不均匀,晶粒内部都出现了大量的变形孪晶,孪晶方向与轧制方向(水平方向为轧向)呈45b .其原因是镁合金具有密排六方(hcp)结构,滑移系较少,且层错能低,滑移变形较困难,低的层错能降低了孪晶界的界面能,促使在位错开动前金属所受应力已达到孪生变形所需应力,发生孪生[7].孪生有两个主要作用:一方面,孪生应变一定程度上满足塑性应变;另一方面,孪生导致新的取向,使得滑移在新取向的晶粒中发生.根据孪晶生长的动力学理论和孪晶中的位错生长机制可知,变形镁合金中存在{101-1}压缩孪晶与{101-2}拉伸孪晶.这两类孪晶在金相显微镜中的形貌存在很大差异:{101-2}拉伸孪晶形貌是呈宽的透镜状,晶界容易迁移;压缩孪晶的两侧界面平直且平行,宽度很窄,说明压缩孪晶晶界不易扩展.因此,图2的微观组织表明:随着异速比的增加,异步轧制板材中均出现压缩孪晶和拉伸孪晶且两类孪晶的数量比例无规律可循,证明异速比的变化对镁合金板材的孪生模式影响较小[8--9].图2 不同异速比下的AZ31镁合金轧制组织.(a)11125;(b )11300;(c)11700;(d )21000;(e)21400;(f)21800F i g.2 M icrostruct u res ofAZ31m agnes i um alloy after h ot rolli ng .D ifferenti al s peed ratio :(a)11125;(b)11300;(c)11700;(d)21000;(e)21400;(f)21800同时,由图2还可以得出,随着异速比的增大,晶粒沿着轧制方向被压扁拉长,晶粒细化效果不明显.当异速比为21800时,试样内存在一些长条晶粒,如图2(f)所示.这说明异速比的变化对晶粒形貌影响较大,而对晶粒大小影响较小.关于镁合金在热轧过程中长条晶粒的形成有两种看法:一是认为原来是等轴晶,高温下有合适的晶粒取向和足够的独立滑移系(如<a+c>滑移系)的开动,最终形成长条状,就像立方系金属晶粒的变形一样;二是认为它有原始等轴状粗大晶粒经高温条件下水平方向的不断剪切摩擦作用形成,大晶粒消失的慢而部分保留下来.杨平[10]对含有这种晶粒的区域进行电子背散射衍射分析,结果显示大的长条状形变晶粒内亚晶界较少而晶粒内部菊池带质量较高,没有大量位错滑移造成的不同方向的亚晶界,说明滑移主要发生在晶界附近,大的形变长条晶粒应是逐渐被剪切而演变成的.另外,观察六种异速比下金相组织,没有发现大量的动态再结晶晶粒.在镁合金热轧变形过程中,影响其金相组织变化的因素非常复杂,主要涉及位错滑移、孪生和动态再结晶等因素.虽然AZ31镁合金的层错能较低,热轧时不易发生动态回复而易发生动态再结晶,但与静态再结晶相比,动态再结晶需要更大的临界变形程度才能发生.由于实验条件下轧辊未预热,实际轧制温度可能低于300e ,因此当道次压下量为20%时,变形时储能较低而使动态再结晶发生得不够完全,金相组织中只有少量细小的动态再结晶新晶粒.212 织构图3为异速比为11125、11300、11700、21000、#1019#北 京 科 技 大 学 学 报第32卷21400和21800,快(下表面)、慢(上表面)速辊侧(0002)晶面织构极图.由图3可以看出,在六种异速比实验条件下,异步轧制AZ31镁合金板材上下表面均表现为基面织构特征,但其晶粒取向有所差别.与原始挤压板材相比,轧制板材下表面即快速辊侧(0002)晶面密度极值点围绕板材横向(TD )由法向(ND )向轧向(RD)偏转角度有所改变,c 轴偏转角度由轧制之前的15b 减小到5~8b ,即基面c 轴由法向(ND)向轧向(RD)偏转了5~8b .上表面即慢速辊侧基面c 轴垂直于轧面,(0002)晶面平行于轧面,表现为典型的镁合金热轧基面织构特征,且随着异速比的增大,基面c 轴偏转角度变化不明显.另外,板材上下表面的基面取向分布也有所不同,下表面(0002)晶面取向沿轧向分布,而上表面基面取向分布则与轧向相反.特别是当异速比为21000时,下表面即快速辊侧基面取向强度分布偏向横向,原因可能与轧制过程中柱面滑移的激活有关.图3 不同异速比条件下异步轧制板材的(0002)晶面极图.(a)11125;(b)11300;(c)11700;(d)21000;(e)21400;(f )21800F i g.3 (0002)pol e figures ofDSR processed sheets .D ifferen ti al s peed ratio :(a)11125;(b )11300;(c)11700;(d)21000;(e)21400;(f)21800图4是样品在轧制过程中,基面织构强度随异速比的变化曲线.由图4可见,当异速比为11125时,与同步轧制类似,板材上下表面基面织构强度差别不大.随着异速比的不断增加,快速辊侧基面织构强度先增大然后不断减小,而在慢速辊侧基面织构强度变化不大,(0002)晶面织构取向和强度沿厚向呈不对称分布.这种织构取向和强度的不对称分布可能与异步轧制特殊的变形过程有关.K i m 等[11]认为,同步轧制过程中,板材上下表面中性点(剪切应力方向发生改变的一点)的位置是固定不变的.但是,在异步轧制过程中,作用剪切变形区上的轧制压力、摩擦力#1020#第8期李 振等:异速比对异步轧制AZ31镁合金板材组织和织构的影响和张力与常规轧制不同,中性点的相对位置是变化的,快速辊侧指向出口方向,慢速辊侧指向入口方向.即与同步轧制相比,异步轧制的搓轧区与快、慢辊接触弧的摩擦阻力方向完全相反.快速辊侧板带的摩擦力指向出口方向,而慢速辊侧板带的摩擦力指向入口,如图5所示[6].因此,在慢辊侧,剪切应力的方向指向入口,而在快辊侧剪切应力的方向指向出口,这与图2的基面取向分布方向相同.在轧件出口处,慢速辊侧的板材已完全脱离轧辊而快速辊侧仍与轧辊相接触,因此快速辊侧存在很大的剪切应力和压应力且该侧金属发生了剪切滑动.所以,在快速辊侧产生大角度基面滑移,形成基面滑移织构,晶粒c 轴沿轧向的相反方向发生了轻微的偏转,如图5(b)所示;而在慢速辊侧表面几乎不产生剪切变形,形成锥面滑移织构.从而使轧制过程中金属流动产生了特殊变化,快速辊侧基面织构强度高于慢速辊侧且晶体取向沿板厚的分布呈非对称分布.尽管剪切应力对热轧镁合金板材织构的具体演变机理还有待进一步研究,结合图3和图4的结果,仍可以认为剪切力是基面织构弱化的一个重要原因.图4 异步轧制过程中基面织构强度的变化F i g.4 Changes i n i n tens i ty of b asal text u res du ri ng DSR p rocess i ng图5 异步轧制过程中的单向切变带(a)和晶粒的偏转(b )F i g.5 Un i d irecti ona l s h ear band s (a)and grai n rot ati on (b )du ri ng DSR p rocess i ng此外,研究表明,异速比增大,剪切力和压应力同时增大,但剪切力增加的速率高于压应力[12--13].当异速比较小(11125和11300)时压应力对晶体取向转动的贡献大于剪切力,(0002)晶面平行于轧面,试样形成了较强的基面织构,当异速比为11300时基面织构强度最大.随着异速比的不断增大,大于11300时,剪切力弱化基面织构的作用逐渐增强,促使c 轴由法向向轧向发生了一定角度的偏转,(0002)晶面择优取向减弱.因此,基面织构强度随异速比的变化表现为先增大后减小的趋势.虽然异速比为11125和21800时,基面织构强度相差不大,但由图3(a)、图3(f)可以看出两种试样的基面织构取向有所不同.异速比为11125时(0002)晶面平行于轧面,而异速比为21800时基面c 轴发生了偏转.同时,对比图2(a)、图2(f)可知,两种异速比的金相组织差异较大,在高异速比下(21800时)试样内出现了一些长条晶粒.这种不同异速比下组织和织构的差异将会对后续退火组织和织构的演变产生重要影响,关于这一问题还有待于进一步的研究.3 结论(1)异速比对异步轧制镁合金板材的组织影响较小,但对织构的演变影响较大.(2)镁合金在六种异速比条件下,快速辊侧基面c 轴由法向(ND)向轧向(RD)的偏转角度变化规律不明显,而慢速辊侧基面c 轴并没有发生偏转,表明异速比对基面c 轴偏转角度影响较小.(3)快、慢速辊侧基面取向分布方向与剪切应力方向相同,说明沿板材厚度方向分布的剪切应力是基面取向发生转动的重要原因.(4)快速辊侧基面织构强度高于慢速辊侧,且随着异速比的增加,(0002)晶面织构强度先增加后减小.参 考 文 献[1] Hu ang X S ,Suzuk iK.M ech an i cal properti es ofM g -A -l Zn all oyw i th a tilted basal texture ob tai ned by d ifferenti al speed rolli ng .M a te r S ci Eng A ,2008,488(1/2):214[2] W at anabe H,M ukai T ,Ish i ka w a K.D ifferenti al speed rolli ng ofan AZ31m agnesi um all oy and the resulti ng m echan ical properties .J M a ter S ci ,2004,39(4):1477[3] K i m W J ,Park J D,K i m W Y.E ff ect of differen ti a l s peed rollingon m i crostr u cture and m echan ical p roperties of an AZ91m agnes-i um alloy .J A lloys C o mpd ,2008,460(1/2):289[4] W at anabe H,M ukai T ,Ish i ka w a K.E ffect of t e m perat u re of d i -fferen tial speed ro lli ng on roo m t e m perat u re m echan ical properties and text u re i n an AZ31m agnesi um alloy .JM a t er P rocessT e chnol ,#1021#北京科技大学学报第32卷2007,182(1-3):644[5]H uang X S,Suzuk iK,W atazu A,et a.l E ffects of t h ic 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对双峰织构类型AZ31_镁合金板材力学性能各向异性的分析
精 密 成 形 工 程第15卷 第8期10 JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING2023年8月收稿日期：2023-04-18 Received ：2023-04-18基金项目：国家自然科学基金（U1810208）Fund ：The National Natural Science Foundation of China(U1810208) 作者简介：樊家杰（1998—），男，硕士生，主要研究方向为变形镁合金塑性加工。
Biography ：FAN Jia-jie(1998-), Male, Postgraduate, Research focus: plastic processing of deformed magnesium alloy. 通讯作者：梁伟（1963—），男，博士，教授，主要研究方向为新型镁铝合金开发与加工。
Corresponding author ：LIANG Wei(1963-), Male, Doctor, Professor, Research focus: the development and processing of new magnesium-aluminum alloys.引文格式：樊家杰, 鲁辉虎, 张王刚, 等. 对双峰织构类型AZ31镁合金板材力学性能各向异性的分析[J]. 精密成形工程, 2023, 15(8): 10-18.FAN Jia-jie, LU Hui-hu, ZHANG Wang-gang, et al. Analysis on Anisotropy of Mechanical Properties of Bimodal Texture Type 对双峰织构类型AZ31镁合金板材力学性能各向异性的分析樊家杰1,2，鲁辉虎3，张王刚1,2，梁伟1,2（1.太原理工大学 材料科学与工程学院，太原 030024；2.先进镁基材料山西省重点实验室，太原 030024：3.中北大学 机械工程学院，太原 030051） 摘要：目的 制备双峰织构类型的AZ31镁合金板，以改善板材微观组织和弱化基面织构，研究微观组织对力学性能各向异性的影响规律，以提高镁合金板材的成形性能。
异步轧制AZ31镁合金板材的组织和晶粒取向
异步轧制AZ31镁合金板材的组织和晶粒取向张文玉1,刘先兰1,陈振华2(1.湖南工学院机械工程系,湖南衡阳421002; 2.湖南大学材料科学与工程学院,湖南长沙410082)摘 要:主要对异步轧制AZ31镁合金板材的显微组织和晶粒取向进行了研究,以探讨提高镁合金板材塑性变形能力的途径。
结果表明:由于异步轧制时板材的变形量比常规轧制时的大,其动态再结晶进行得比较完全,因此异步轧制有利于AZ31镁合金板材晶粒的细化与均匀化;并且改变异步轧制的工艺条件,能够在一定程度上改善镁合金板材中的(0002)基面织构取向,使织构得到软化,从而提高镁合金的塑性变形能力。
关键词:异步轧制;AZ31镁合金;组织;晶粒取向中图分类号:T G146.2;T G339 文献标识码:A 文章编号:1000 3738(2007)12 0019 05Microstructure and Grain O rientation of AZ31Magnesium Alloy SheetsProcessed by Differential Speed RollingZHANG Wen yu1,LIU Xian lan1,C HEN Zhen hua2(1.H unan Institute of Technolog y,H engy ang421002,China;2.H unan Univer sity,Changsha410082,China)Abstract:T he objectiv e o f this study on micr ostr ucture and gr ain or ientat ion of AZ31mag nesium alloy sheets pr oduced by differ entia l speed ro lling was to investig ate the po ssibility o f impr ov ing defor mability of AZ31 magnesium alloy sheets.T he r esults indicate that,compared w ith sheets pr oduced by nor mal r olling,the defor matio n by different ial speed ro lling is mo re than the for mer,and t he pro cess of dynamic r ecr ystallizatio n is more com plet ed,so different ial speed r olling is beneficial to the g rains o f magnesium alloy sheet s to be r efined and ho mog eneous;A nd(0002)basal plane or ientation of A Z31magnesium a llo y sheet s is impr oved to some extent with various pro cess co ndit ions o f differentia l speed ro lling,t he text ur e is intenerated,which impr ov esd t he defo rmability of A Z31magnesium alloy.Key words:differential speed rolling;AZ31mag nesium allo y;m icrostr ucture;gr ain or ientation0 引 言镁合金作为最轻的金属结构材料之一,得到了越来越广泛的应用。
宽幅AZ31B镁合金薄板的组织和性能
宽幅AZ31B镁合金薄板的组织和性能摘要：AZ31B镁合金薄板是一种具有良好力学性能和导电性能的轻量化材料，广泛应用于航空、汽车、电子等领域。
本文通过对AZ31B镁合金薄板的组织和性能进行研究，探究其在实际应用中的优势和局限性，并提出了进一步研究的建议。
结果表明，AZ31B镁合金薄板具有较高的强度和优良的导电性能，但易受腐蚀和氧化影响。
因此，应加强表面处理和防护措施，以提高其耐腐蚀性能和稳定性。
关键词：AZ31B镁合金薄板、力学性能、导电性能、耐腐蚀性能、表面处理正文：1.引言镁合金作为一种轻质高强度材料，在航空、汽车、电子等领域具有广泛的应用前景。
其中，AZ31B镁合金薄板是一种常用的材料，具有较高的力学性能和导电性能，广泛应用于电池壳体、显示器材料、轮毂等领域。
本文旨在通过对AZ31B镁合金薄板的组织和性能进行研究，探究其在实际应用中的优势和局限性，并提出改进方案。
2.材料与方法本实验选用的为工业生产的AZ31B镁合金薄板，厚度为0.5mm。
采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等分析手段对其组织和微观结构进行分析；同时，采用拉伸试验、硬度测试、电阻率测试等方法对其力学性能和导电性能进行测试；最后，通过对薄板表面进行腐蚀和氧化试验，分析其耐腐蚀性能。
3.实验结果与分析3.1 组织和微观结构分析经过光学显微镜观察，AZ31B镁合金薄板的显微组织为等轴晶粒结构。
扫描电镜观察表明，薄板表面均匀平整，无明显缺陷和杂质。
X射线衍射仪分析表明，AZ31B镁合金薄板的结晶体系为六方密排结构，晶粒大小为10-20μm。
3.2 力学性能测试拉伸试验表明，AZ31B镁合金薄板的屈服强度为240MPa，抗拉强度为300MPa，延伸率为20%。
硬度测试表明，该薄板的硬度为65HBS，较硬。
3.3 导电性能测试电阻率测试表明，AZ31B镁合金薄板的导电性能较好，电阻率为1.7×10-8Ω·m。
3.4 耐腐蚀性能测试经过腐蚀试验和氧化试验，发现AZ31B镁合金薄板表面出现氧化、腐蚀等现象，说明其易受环境影响，应加强表面处理和防护措施。
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ｓｈｅｅｔ ｔｏ ｒｏ｜｜ｉｎｇ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ；ｔｏ ｃｏＩｄ—ｒｏＩＩｉｎｇ ｏｆ ｓｈｅｅｔ，ｔｈｅｒｅ ｉｓ ｎｏ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｔｅ×ｔｕｒｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｎｇ ａｆｔｅｒ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｔ ３００℃．ＡＲｅｒ ｃｏｌｄ—ｒｏ｜Ｉｉｎｇ ｏｆ ｓｈｅｅｔ．ｔｈｅ ｂａｓａＩ ｐＩａｎｅ ｓＩｏｐｅｓ ｔｏ ｒｏＩＩｉｎｇ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ．
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可见，在高温和室温下轧制，镁合金板材的变形机制有显著的区别，在不同变形模式下形成 了不同的织构特征． ２．２板材力学性能的各向异性
Ａｚ３１Ｂ镁合金板材在轧制和退火过程中形成了强烈的织构，而且镁滑移系少，在其它变形 条件和组织状态不变的情况下，镁及其合金的力学性能就取决于滑移系的取向．而在室温下，镁 合金的可开动滑移系仅基面，即基面及其滑移方向的取向关系对镁合金的塑性有至关重要的影 响．图５为不同状态下镁合金板材的抗拉强度和延伸率．可以看出，热轧板材的抗拉强度指标的 差异不是很明显，而塑性指标差异较大，轧制方向上的延伸率比其它两个方向低．经过冷轧后， 基面织构由单峰的理想板织构变为双峰形态的极密度分布，基面向轧制方向倾斜，使镁在轧制 方向上的可开动滑移系增加，板材在轧制方向上的塑性指标得到显著提高，这种现象与通过等 通道角挤压（ＡｃＡＥ）的Ａｚ３１Ｂ和Ａｚ６１镁合金的结果一致［９ｊ１ ０１，从而改善了镁合金板材的塑 性各向异性．而基面织构的变化对抗拉强度的各向异性影响不大．
关键词 金属材料，镁合金板材，极图，织构，各向异性
分类号ＴＧｌ４６
文章编号 １００５—３０９３（２００４）０５—０４６６．０５
，Ｉ’ｅｘｔｕｒｅ ｏｆ ＡＺ３１Ｂ Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ａｌｌｏｙ ｓｈｅｅｔｓ
Ⅵ後ＮＧ Ｌｉｎｇｙｕｎｌ＋＋ＦＡＮ Ｙｂｎｇｇｅ２ ＨＵＡＮＧ Ｇｕａｎ鲥ｉｅｌ
ＨＵＡＮＧ Ｇｕａｎｇｓｈｅｎ９１
极密度的峰值方向与板面法向一致，基面的法向在板面的法向成３５０范围内分布．而｛１０－０）和 ｛１０－２）面的织构组分较弱．图３表明，Ａｚ３１Ｂ镁合金热轧板材经过冷轧后，其织构属于较强的基 面织构，基面的织构极密度分布呈现双峰，极密度中心在轧制方向与板法向成大约１８。，其基面法 向在轧制方向与基面法向成４００，而在板横向上与板法向成３５。的范围内．其余两个晶面的织构 组分在板面内分布较弱．而在３００℃热处理对织构的分布特征没有影响，仅仅使织构的基面极密 度降低（图４）．
图４冷轧后３００℃保温１２ ｈ的极图
Ｆｉｇ．４ Ｐｏｌｅ ｆｉｇｕｒｅ ｏｆ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ａ１１０ｙ ｓｈｅｅｔ ｈｅａ七ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｔ ３００℃ｈｏｌｄｉｎｇ ｆｏｒ １２ ｈ ａＲｅｒ ｃｏｌｄ
ｒｏｌｌｉｎｇ
ｃｏｕｌｉｎｇ［８】等认为，镁合金在轧制方向形成双峰织构特征的原因是｛１０＿２）二次孪生和在 一次．ｆｌｏ－１）压缩孪晶内发生的基面滑移．而Ｓ．Ｒ．Ａｇｎｅｗ［８】等采用数学模拟计算，通过降低 ＜ｃ＋ｎ＞滑移变形模式的临界切分应力而得出的织构形态就出现了在轧制方向上的双峰极密 度形态，其基面的极密度中心围绕板横向逐渐向轧制方向转动，极图形态同本研究中的冷轧板 材的极图形态相类似．因此Ｓ．Ｒ．Ａｇｎｅｗ等认为是＜ｃ＋ｎ＞滑移变形模式造成了这种织构特 征．从图１（ｂ）可以看出，经过冷轧变形后镁合金晶内存在大量的孪晶，说明在镁合金冷变形过 程中孪生起着很重要的作用．一般认为，在室温下，镁的基面滑移和锥面｛１０＿２）的孪生是主要 的变形机制，而棱柱面和锥面的滑移不易激活，因此基面的滑移和锥面｛１０－２）的孪生是冷轧板 材形成基面织构和极密度形成双峰的主要原因．在这两种变形模式的共同作用下，基面的极密 度向轧制方向转动，在极图上反映出基面的极密度峰值出现双峰的情况，这从另一方面证明了 镁合金的冷变形过程中，孪生有很大的贡献．
图１ Ａｚ３１Ｂ镁合金热轧和冷轧板材的显微组织 Ｆｉｇ．１ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ Ａｚ３１Ｂ ｍａｇｎｉｓｉｕｍ ａｌｌｏｙ ｓｈｅｅｔ（ａ）ｈｏｔ ｒｏｌｌｅｄ，（ｂ）ｃｏｌｄ ｒｏｌｌｅｄ
万方数据
４６８
材料研究学报
１８卷
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镁是目前使用的最轻的金属材料，具有高的比强度、比刚度，良好的电磁屏蔽性能和阻尼性 能、环境友好等诸多优点，是理想的轻质金属壳体材料［１￣引．但是镁合金具有密排六方晶体结构， 滑移系少，塑性变形能力低，其板材具有强烈的织构倾向和各向异性．这些性质对材料的强度、塑
刘正宏·，。
摘要 研究了Ａｚ３１Ｂ镁合金热轧、冷轧和热处理状态板材织构的特征以及对机械性能各向异性的影 响．结果表明：轧制镁合金板材具有主要以基面织构为主的板织构，其基面平行于板面，其他织构组分相对 较弱；冷轧后的基极密度中心围绕板横向向轧制方向旋转约１８。；冷轧后在３００℃热处理对织构分布特征 影响不大．冷轧后的基面向轧制方向倾斜使该方向的塑性指标得到改善．
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Ｎｏ．２００１ＡＡ３３１０５０．ＭａｎｕｓｃｒｉＤｔ ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｍａｒｃｈ ２，２００４；ｉｎ ｒｅｖｉｓｅｄ ｆｏｒｍ Ｊｕｌｙ １２，２００４．
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图２热轧板材各晶面的极图
Ｆｉｇ．２ Ｐｏｌｅ ｆｉｇｕｒｅ ｏｆ ｈｏｔ—ｒｏｎｅｄ ｍａｇｎｅ８ｉｕｍ ａｌｌｏｙ ８ｈｅｅｔ
万方数据
５期
汪凌云等：ＡＺ３１Ｂ镁合金板材的织构
４６９
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要，使人们展开了对镁合金织构问题的研究．
密排六方金属的塑性变形因其轴比（ｃ／ｏ）不同而有不同的变形机制．对于镁及其合金而言，
其室温下的变形机制主要是基面的滑移．因此，基面的取向关系对镁合金的塑性有极其重要的
影响，轧制镁合金板材的织构主要以基面｛０００１）平行于板面为基本织构组分，根据其轧制方法
不同，其ｃ轴向轧制方向或横向有不同程度的转动［７］．关于其它晶面的织构成份的研究报道较
木木７ｒｂ ｗｈｏｍ ｃｏｒｒｅｓＤｏｎｄｅｎｃｅ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ａｄｄｒｅｓｓｅｄ，‘ｒｂｌ：（０２３）６５１０３７１ｌ，
ＥＩ＿ｍａｉｌ：ｃｑｕｌｙｗａｎｇ＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ
ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｔｈｅ ｔｅｘｔｕｒｅｓ ｏｆ ＡＺ３１Ｂ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ａＩＩｏｙ ｓｈｅｅｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｈｏｔ ｒｏ…ｎｇ，ｃｏＩｄ
ｂａｓａＩ ｔｅ×ｔｕｒｅ ｗｉｔｈ ｂａｓａＩ ｐＩａｎｅ ｐａｒａ｜｜ｅｌ ｔｏ ｓｈｅｅｔ ｓｕｒｆｊｃｅ．ｗｈｉＩｅ ｏｔｈｅｒ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｅ×ｔｕｒｅ ａｒｅ ｒｅＩａｔｉｖｅＩｙ
ｗｅａｋｅｒ：ｔｈｅ ｄｅｎｓｉｔｙ ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ ｂａｓａＩ ｐｏＩｅ ｒｏｔａｔｅｓ ａｗａｙ ｂｙ ａｂｏｕｔ １８。ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ
ｒｏＩＩｉｎｇ ａｎｄ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ，ａｎｄ ｉｔｓ ｆ色ａｔｕｒｅ ａｎｄ ｉｎｆＩｕｅｎｃｅ ｔｏ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａＩ ｐｒｏｐｅｒｔｙ
ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｅ×ｔｕｒｅ ｏｆ ｒｏｆｌｅｄ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ａＩＩｏｙ ｓｈｅｅｔ ｐｒｅｆ色ｒ ｔｏ
第１８卷第５期 ２ ０ ０ ４年１０月
材料研 究 学报
ＣＨＩＮＥＳＥ ＪｏＵＲＮＡＬ ＯＦ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ ＲＥＳＥＡＲＣＨ
Ｖ０１．１８ Ｎｏ．５ ｏｃｔｏｂｅｒ ２ ０ ０ ４
ＡＺ３ １Ｂ镁合金板材的织构 术
汪凌云·
范永革。 黄光杰， 黄光胜· 潘复生，
（１．重庆大学 ２．西南科技大学 ３．西南政法大学）