镁合金塑性变形的组织和织构的研究

论文摘要

镁合金在塑性变形时由于强烈的变形织构存在,变形后容易产生各向异性,影响进一步的加工。通过工艺控制与优化,调控材料的织构类型和数量,是提高或改善镁合金加工性能的重要途径,更是它能否得到更广泛应用的一个关键因素。所以成为材料科学工作者不断探索与研究的领域之一。本文以AZ31镁合金为研究对象,对其实施不同条件的塑性变形和热处理,通过金相观察、SEM和TEM观察以及X射线衍射等手段,对其在不同的塑性变形和热处理条件下,该合金的显微组织和晶体取向流变行为进行了系统研究。这些结果不仅对具有六方系结构材料的形变与再结晶的研究具有理论意义,而且也为工业生产提供技术原型。首先进行热挤压变形,在162℃挤压变形得到混晶组织,有Mg17Al12和MnAl相析出。随着挤压温度的升高,析出相减少。在258℃时没有MnAl相析出,Mg17Al12相也很少。但是,挤压变形时容易发生动态再结晶,随着形变量增大,平均晶粒尺寸减小,组织越均匀,当挤压比为λ=25时能得到平均晶粒尺寸为7.3μm的均匀组织,为改善其塑性变形能力提供有利的组织条件。320℃挤压变形时,组织较均匀,析出物更少。织构分析表明：AZ31镁合金变形初期形成典型的{0001}纤维织构,随着形变量增大,动态再结晶过程产生{0221}、{1231}再结晶织构,漫散程度也变大。变形和动态再结晶的共同作用使变形织构和再结晶织构均不能得到充分发展。当挤压比为λ=25时,变形织构{0110}和再结晶织构{0221}、{1231}面的强度相近且很弱,有利于降低改善各向异性,提高或改善加工和成型性能。电场退火和常规退火不同。电场退火推迟了AZ31镁合金再结晶进程,抑制晶粒长大,并使织构漫散。在热挤压变形的基础上,又进行了自由锻的组织和织构分析。组织不均匀,锻造中产生的{1217}、{1214}、{0115}等面织构,其强度随着形变量的变化而变化。强的面织构增加材料的各向异性,不利于改善镁合金的塑性变形能力和力学性能。在模锻时,模具的设计要考虑材料的各向异性的影响。取厚度为1.4mm的热轧板,分别进行同步单向冷轧、交叉冷轧和不同速比的异步冷轧研究。在同步单向冷轧时,{0001}面织构组分强度趋向均匀分布,且随形变量ε的增加,{0001}<1010>和{0001}<2110>织构组分的强度呈波动性增加,当形变量ε≥15%时,出现切变带后而断裂。在交叉冷轧时,{0001}面织构组分随形变量ε的增加向{0001}<2110>聚集,且{0001}<1010>开始稍有增强后呈现减弱,相反{0001}<2110>却连续增加,当形变量ε≥5.8%时,出现切变带后而断裂,对该合金,交叉冷轧是无益的。采用室温下异步冷轧时,速比和形变量对织构转变均有影响：随速比的增加,与快、慢辊侧相接触的表面层明显不同,但中间区域变化不明显。在快速辊侧,主要织构组份{0117}<514192>和{0001}<1210>随速比的增加而迅速增加；在慢速辊侧,主要织构组份{0117}<514192>和{0001}<1210>随速比的增加而交替变化。随形变量的增加,主要织构组份{0117}<514192>和{0001}<1210>的强度增加,只是快速辊侧显著的大于慢速辊侧。选择合适工艺,采用异步轧制,可以在室温条件下,以单道次高达20%的形变量轧成表面平整光滑的镁合金薄板。室温下异步冷轧镁合金板是可行的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 镁合金的应用及发展前景
• 1.2.1 镁及镁合金的基本特性和优点
• 1.2.2 铸造镁合金的发展现状
• 1.2.3 变形镁合金的应用和发展
• 1.3 镁及镁合金的室温塑性变形机制
• 1.3.1 滑移
• 1.3.2 孪生
• 1.3.3 镁合金塑性变形机制研究现状
• 1.4 镁合金微观组织研究
• 1.5 镁及镁合金的织构研究
• 1.5.1 织构的定义与发展
• 1.5.2 镁合金的形变织构
• 1.5.3 镁合金再结晶织构
• 1.5.4 电场对金属再结晶和再结晶织构的研究
• 1.5.5 镁合金挤压板材织构
• 1.5.6 镁合金异步轧制和交叉轧制的织构
• 1.6 本文的研究目的和内容
• 第2章 宏观织构的分析方法
• 2.1 晶体取向及表达方式
• 2.2 六方系三维取向分布函数（ODF）分析方法
• 2.3 六方金属的典型织构
• 第3章 实验材料与研究方法
• 3.1 实验设计思路
• 3.2 实验样品的制备
• 3.2.1 实验原材料的准备
• 3.2.2 热挤压实验
• 3.2.3 自由锻造试验
• 3.2.4 退火装置与工艺
• 3.2.5 热轧板的冷轧工艺
• 3.3 显微组织观察和织构测定
• 3.3.1 金相样品制备
• 3.3.2 SEM观察和TEM观察
• 3.3.3 X射线衍射测定织构
• 第4章 AZ31镁合金挤压变形的组织和织构
• 4.1 热挤压挤压比对镁合金组织的影响
• 4.2 热挤压温度对镁合金组织的影响
• 4.3 热挤压AZ31镁合金的TEM观察
• 4.4 AZ31镁合金热挤压变形织构的演变
• 4.4.1 挤压比对镁合金变形织构的影响
• 4.4.2 挤压温度对镁合金变形织构的影响
• 4.5 分析与讨论
• 4.5.1 镁合金塑性变形机制
• 4.5.2 动态再结晶机制
• 4.5.3 合金组织对镁合金性能的影响
• 4.5.4 热变形织构
• 4.6 本章小结
• 第5章 自由锻造镁合金形变组织与织构
• 5.1 AZ31镁合金挤出棒自由锻造的组织演变
• 5.1.1 不同形变量锻造镁合金组织
• 5.1.2 锻造镁合金变形机制和动态再结晶
• 5.2 AZ31镁合金挤出棒自由锻造的织构演变
• 5.2.1 不同形变量锻造镁合金织构
• 5.2.2 形变量对锻造镁合金织构的影响分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 AZ31镁合金挤出棒电场退火的组织和织构
• 6.1 非电场退火和电场退火AZ31镁合金显微组织
• 6.1.1 AZ31镁合金非电场退火的显微组织
• 6.1.2 AZ31镁合金电场退火的显微组织
• 6.2 电场退火和非电场退火AZ31镁合金的织构
• 6.2.1 AZ31镁合金非电场退火的织构
• 6.3 分析与讨论
• 6.3.1 电场对AZ31镁合金再结晶的影响
• 6.3.2 再结晶织构的形成机制
• 6.3.3 电场对AZ31镁合金再结晶织构的影响
• 6.4 本章小结
• 第7章 AZ31镁合金挤出板的热轧组织和织构的演变
• 7.1 AZ31镁合金挤出板及其热轧板的组织
• 7.1.1 挤出板及其热轧板样品的横截面组织
• 7.1.2 挤出板及其热轧板样品的微观组织
• 7.2 挤出板在不同形变量下热轧的织构变化
• 7.3 分析讨论
• 7.3.1 位错、孪生与动态再结晶
• 7.3.2 形变孪生诱发动态再结晶模型
• 7.3.3 挤出板多道次热轧的宏观织构的演变
• 7.4 本章小结
• 第8章 AZ31镁合金在室温不同轧制方式下织构的演变
• 8.1 AZ31镁合金原始热轧板的初始织构
• 8.2 AZ31镁合金在室温下异步冷轧织构的转变
• 8.2.1 A板在不同速比和形变量下异步冷轧的织构
• 8.2.2 A板异步轧制对通体分层织构的影响
• 8.2.3 B板在不同速比和形变量下异步轧的织构
• 8.2.4 异步轧制冷轧织构的形成分析与讨论
• 8.3 AZ31镁合金在室温下单向和交叉冷轧织构的转变
• 8.3.1 实验结果
• 8.3.2 分析与讨论
• 8.4 本章小结
• 第9章 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间所发表的学术论文
• 致谢