预处理对高应变速率轧制镁合金板材组织均匀性和力学性能的影响

预处理对高应变速率轧制镁合金板材组织均匀性和力学性能的影响 预处理对高应变速率轧制镁合金板材组织 均匀性和力学性能的影响 第38卷 2O11 第9期 年9月 湖南大学学报(自然科学版) JournalofHunanUniversity(NaturalSciences) VoI.38,No.9 Sep.2011 文章编号:1674—2974(2O11)09—0055—04 预处理对高应变速率轧制镁合金板材 组织均匀性和力学性能的影响 严红革,田津,朱素琴,陈吉华,苏斌,吴远志 (湖南大学 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 科学与 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院,湖南长沙410082) 摘要:传统的镁合金板材加工技术存在生产效率低,成本偏高和成形性能不够理想等 局限.本论文采用高应变速率轧制对AZ31镁合金进行轧制,对比研究了两种预处理方法对 叛材组织性能的影响.结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明,高应变速率轧制是获得具有细小晶粒组织和良好综合力学 性能的镁合金板材的有效手段.经过预变形+均匀化的预处理,高应变速率轧制板材的组织 均匀性得到很大的提高,终轧板材内分布着极均匀的细小晶粒组织,其平均晶粒尺寸为2.3 m.由于组织均匀性的提高,板材塑性得到进一步提高,其室温伸长率可达28. 关键词:镁合金;高应变速率轧制;晶粒细化;组织均匀性 中图分类号:TG146文献标识码:A EffectofPre——treatmentontheMicrostructuralHomogeneity andMechanicalPropertiesofMagnesiumAlloySheets ProducedbyHighStrainRateRolling YANHong,ge,TIANJin,ZHUSu—qin,CHENji—hua,SUBin,WUYuan—zhi (CollegeofMaterialScienceandEngineering,HunanUniv,Changsha,Hunan410082.China) Abstract:Magnesiumsheetspreparedbytraditionalplasticprocessingtechnologiesalwaysexhibitun , desirablemechanicalproperties,whichisinefficientandcostlyforcommercialapplication.Highstrainr ate rolling(HSRR)wasoperatedonAZ3lmagnesiumalloy.Themicrostructureandmechanicalpropertieso f theHSRRedsheetspretreatedintWOdifferentwayswereinvestigated.TheresultsindicatedthatHSRR wasaneffectivemethodtoproducemagnesiumalloysheetscharacteristicoffinegrainsandhighcompre — hensivemechanicalproperties.Thepre—strainplushomogenizationpre—treatmentcouldsignificant lyim— provethemicrostructuralhomogeneityofthehighstrainraterolledsheet,inwhichthefinegrainswere distributedveryhomogeneouslyandtheaveragegrainsizewas2.3um.Theductilityofthesheetwasen— hancedduetotheimprovedmicrostructuralhomogeneity,andtheelongationatroomtemperaturewasup to28. Keywords:magnesiumalloy;highstrainraterolling;grainrefinement;microstructuralhomogeneity 收稿日期:2011—03—15 基金项目:国家自然科学基金资助项目(51001046);高等学校博士学科点专项科研基金资助 项目(20070532087);湖南省自然科学基 金资助项目(10JJ6081) 作者简介:严红革(1968一),男,安徽定远人,湖南大学教授 十通讯联系人,E—mail:yanhg68@163.tom 56湖南大学学报(自然科学版)2011正 镁合金是最轻的金属结构材料,在航天航空,汽 车,电器,通讯等各领域具有广泛的应用前景.但由 于镁为密排六方晶体结构,滑移系少,不能满足均匀 变形的要求,塑性变形时极易开裂,特别是镁合金轧 制板材的制备尤为困难口].目前对镁合金的轧制一 般采取挤压板坯,进行小应变多道次轧制,道次压下 量一般不超过30,且道次间需反复加热l2].因 此,镁合金板材的制备过程效率很低,成本很高,不 适合工业化生产.同时,常规轧制镁合金板材的晶粒 尺寸在10440gm之间_2],难以实现进一步的晶 粒细化.然而,晶粒细化是提高材料强度和塑性的最 有效手段. 大塑性变形是晶粒细化的有效手段.近年来,一 些研究者采用大应变轧制 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 (SevereRolling),即 大道次应变轧制(道次应变量可达60,8O),成 功制备出细晶高强高韧镁合金板材,大大提高了板 材的生产效率[4].但在这些研究中,经过大应变 速率轧制板材的微观组织并不均匀,降低了板材组 织的可控性l3]. 大应变轧制过程显然与传统的小应变多道次轧 制过程存在本质的区别.本课题组的前期工作表 明[7],大应变轧制之所以能够成功进行,主要归因 于其与传统轧制过程不同的变形机制.在大应变轧 制过程中,大量孪生(Twinning)和动态再结晶(Dy— namicRecrysta1lization,DRX)为变形前期和变形 后期最重要的两种变形机制,二者在变形过程中消 耗大量的变形储能,降低晶界处的应力集中程度,抑 制裂纹的产生,从而使得变形得以顺利进行.事实 上,由于孪生和动态再结晶过程受应变速率的影响 要大于受应变的影响,故大应变轧制被更准确地命 名为高应变速率轧制(HighStrainRateRolling, HSRR). 本文通过对轧制坯料进行不同的预处理,来实 现高应变速率轧制板材的组织均匀性,以便找到控 制其组织均匀性的有效途径. 1实验过程 本文的原材料为普通铁模铸造的AZ31(vaa~一39/6 WAI—1一0.30AWM)镁合金.高应变速率轧前,采用 两种方式对原材料进行预处理.第一,对坯料尺寸为70 mmX70mm~10mn’l的铸态AZ31在390?下均匀化 处理8h,记为均匀化态(Homogenized).第二,对坯料 尺寸为70mmX70mmx13n’lnl铸态AZal先进行小 应变量的预变形,再进行短时均匀化处理,记为预变形 +均匀化态(Pre-strained+Homogenized).先对厚l3 ITI1TI的铸态板材采用4道次小应变轧制,得到10mm 厚板材,再对这种经过预变形的坯料在390?下均匀 化处理4h. 对均匀化态和预变形+均匀化态坯料进行相同 工艺的高应变速率轧制,获得高应变速率轧制板材. 轧前坯料预热至300?,轧辊未加热.对预热坯料进 行单道次高应变速率轧制,直接从10mm轧至2 mm,应变量为8O,平均应变速率为9.1/s.轧制平 均应变速率?按下式进行计算: 一— H--— h ..一’ 式中H为板材原始厚度10mm,h为板材终轧厚度 2mm,为轧辊圆周速度430mm/s,R为轧辊半径 180mm. 在IeitzMM一6型卧式光学显微镜上对坯料 和轧制板材进行微观组织观察,浸蚀剂为苦味酸溶 液(5g苦味酸+5g冰醋酸+8OmL无水乙醇+1O mL水).在WDW--E20O型微机控制电子万能试验 机上对轧制板材进行室温拉伸,拉伸方向平行于轧 制方向(RollingDirection,RD),拉伸初始应变速率 为5.6×10,/s. 2结果与讨论 2.1微观组织 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 铸态AZ31原始坯料的微观组织如图1所示. 可以看出,铸态AZ31坯料的晶粒很大,超过300 in,晶界上分布着偏析造成的不连续MgAIz共 晶相. 均匀化态和预变形+均匀化态AZ31坯料的微 观组织如图2所示.铸态AZ31经过均匀化处理后, 晶界上的第二相消失,获得了成分较均匀的轧前组 织,如图2(a)所示.经过预变形后再进行均匀化处 理,晶粒沿轧制方向拉长,且存在一些较小的晶粒, 整体晶粒尺寸远小于均匀化态的,晶界上的第二相 偏析消失,如图2(b)所示. 高应变速率轧制板材的宏观照片如图3所示. 可以看出,板材表面光洁,成形良好,没有表面裂纹, 但存在一定程度的边裂,这可以通过机加工的方式 第9期严红革等:预处理对高应变速率轧制镁合金板材组织均匀性和力学性能的影响57 除掉,也可以通过改善轧辊形状等来进行改善. 图l原始铸态AZ31坯料的微观组织 Fig.1Microstrureoftheas—castedAZ31castbillet (a)均匀化态(b)预变形+均匀化态 图2预处理态坯料的微观组织 Fig.2Microstructuresofthepre—treatedbillets 图3高应变速率轧制板材宏观形貌 Fig.3Macrographofthehighstrainraterolledshel et 图4为不同预变形坯料通过高应变速率轧制所 获得板材的微观组织,轧制方向平行于标尺方向.铸 态均匀化处理后进行高应变速率轧制的板材呈现一 种混合态的微观组织,细晶环包围着略大的晶粒.其 中细晶环中的晶粒尺寸为0.5ttm,环内略粗的晶粒 尺寸约为2.5/tm.从图4(a)中可以看出,细晶环沿 轧向被拉长,这与晶界在轧制过程中的变形很类似, 因此可以认为细晶环由原始晶界附近组织演变而 来.而预变形+均匀化后再进行高应变速率轧制的 板材的晶粒组织非常均匀,板材的平均晶粒尺寸为 2.3m,如图4(c)和4(d)所示.相对于传统轧制工 艺_8,高应变速率轧制能高效地制备出组织更加优 异的镁合金板材,它的晶粒更加细小,组织更加均 匀.而且均匀化前的预变形使最终高应变速率轧制 板材微观组织的均匀性有很大提高. (a)均匀化+商应变速率轧制(b)均匀化+高应变速率轧制 一(c)预变形+均匀化 +高应变速率轧制 (d)预变形+均匀化 +高应变速率轧制 图4高应变速率轧制板材微观组织 Fig.4MicrostruresoftheHSRRedsheets 如前所述,在高应变速率轧制过程中,孪生和动 态再结晶是两种最重要的变形机制J.经预变形和 均匀化处理后,在高应变速率轧制过程中,板材中所 有的孪晶和原始晶界均已转化为细小均匀的动态再 结晶晶粒,这说明板材中发生了均匀的完全动态再 结晶形核和晶核的长大.而未经预变形的坯料,在高 应变速率轧制过程中,原始晶界附近和原始晶粒内 部的孪生或动态再结晶行为显然存在差异.经预变 形后,镁合金在后续的均匀化处理过程中会发生静 态再结晶,使经过预变形处理的板材晶粒得到细化, 晶界面积增加,有利于提高板材组织的均匀性.这 样,预变形+均匀化后再进行高应变速率轧制的板 材组织均匀性更高. 2.2力学性能分析 图5为不同预处理坯料高应变速率轧制板材的 室温拉伸流变曲线.均匀化+高应变速率轧制(Ho— mogenized+HSRR)板材的屈服强度,极限抗拉强 度和断后伸长率分别为233MPa,311MPa和 21;预变形+均匀化+高应变速率轧制(Pre— strained+Homogenized4-HSRR)板材的屈服强 度,极限抗拉强度和断后伸长率分别为224MPa, 298MPa和28.可以看到,两种预处理坯料经高 应变速率轧制后,均能同时获得高强度和高塑性,这 归因于板材细小的晶粒组织.经过预变形处理,板材 的强度略有下降,但伸长率得到进一步提高,说明板 58湖南大学学报(自然科学版)2011年 材组织均匀性的提高有利于塑性的提高.与传统轧 制工艺相比…,高应变速率轧制工艺在提高板材的 伸长率的同时,也使得板材的屈服强度和极限抗拉 强度得到了很大程度地提高. 名义应变 图5高应变速率轧制板材室温拉伸流变曲线 Fig.5Flowcurvesofsheetstensioned atambienttemperature 3结论 本文对铸态AZ31镁合金进行两种不同的预处 理后,再进行高应变速率轧制,并对所得板材的组织 性能进行对比,结论如下: 1)经高应变速率轧制,镁合金板材能获得细小 的晶粒组织.而经过预变形+均匀化预处理,再经高 应变速率轧制,可得到分布极均匀的细小晶粒组织, 其平均晶粒度为2.31TI.. 2)高应变速率轧制板材均具有高强度和高塑 性.而预变形+均匀化+高应变速率轧制板材由于 组织均匀性的提高,塑性得到进一步提高,其室温伸 长率可达28. 参考文献 [1]陈振华,严红革,陈吉华,等.镁合金[M].北京:化学工业 出版社,2004. CHENZheng-hua,YANHong—gei,CHENji—hua,a1.Mag- nesiumalloy[M].Beijing:ChemicalIndustryPress,2004. (InChinese) E23FRIEDRICHHE,MORDIKEBL.Magnesiumtechnology: metallurgy,designdata,applications[M].BerlinHeidelberg; Springer-Verlag,2006:269—310. [3]BARMETTMR,KESHAVARZZ,NAVEMD.Micro— structuralfeaturesofrolledMg一3AI一1Zn[J].Metallurgical andMaterialsTransactionsA,2005,36A(7):1697—1704. [4]PEREz-PRADOMT,DEIVALLEJA,coNTRERASJ M,eta1.Microstrueturalevolutionduringlargestrainhot rollingofanAM60Mgalloy[J].ScriptaMaterialia,2004,50 (5):661—665. [5]PI~REZ-PRADOMT,DELVALLEJA,RUANOOA.A— chievinghighstrengthincommercialMgcastalloysthrough largestrainrolling[J].MaterialsLetters,2005,59(26): 3299,3303. [63STANFORDN,BARNETTMR.FinegrainedAZ31pro— ducedbyconventionalthermo-mechanicalprocessing[J]. JournalofAlloysandCompounds,2008,466(1/2):182— 188. [73ZHUSQ,YABHG,CHENJH,eta1.Effectoftwinning anddynamicrecrystallizati0nonthehighstrainraterolling process[J].ScriptaMaterialia,2010,63(1O):985--988. [83XIAWJ,CHENzH,CHEND,eta1.Microstructureand mechanicalpropertiesofAZ31magnesiumalloysheetspro ducedbydifferentialspeedrolling[J].JournalofMaterials ProcessingTechnology,2009,209:26—31. 且自鼍