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高温终轧工艺对初始织构不同的AZ31镁合金板材组织的影响

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塑性工程学报 2022年第11期29卷 102-109页

作者：许智鑫陈忠家张迪王杰合肥工业大学材料科学与工程学院安徽合肥230009

以初始织构不同的AZ31镁合金板材为研究对象进行了高温终轧和最终退火,结合转靶X射线衍射仪和电子背散射衍射分析手段分析了不同板材基面织构的变化情况以及滑移和孪生对形变织构的影响规律。结果表明,高温终轧后,两种板材的宏观织构存... 详细信息

以初始织构不同的AZ31镁合金板材为研究对象进行了高温终轧和最终退火,结合转靶X射线衍射仪和电子背散射衍射分析手段分析了不同板材基面织构的变化情况以及滑移和孪生对形变织构的影响规律。结果表明,高温终轧后,两种板材的宏观织构存在着单峰和倾斜的双峰基面织构区别;最终退火后,两种板材的织构强度都得到弱化,但弱化程度存在差异,并且再结晶织构在一定程度上遗传了形变织构的特征。对于初始织构强度较高的板材,高温终轧时锥面滑移活性增强,柱面滑移受到抑制,从而表现出带状变形集中区域,以此来弥补由于位错滑移受限引起的变形能力不足,此时形变织构的变化主要受到滑移和孪生的共同作用的影响。对于初始织构强度较弱的板材,高温终轧时非基面滑移活性得到增强,滑移和孪生相互竞争,孪生活动受到了明显抑制,此时形变织构的变化主要受到滑移的影响。

关键词： AZ31镁合金基面织构孪生滑移

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终轧工艺对AZ31镁合金组织与性能的影响

终轧工艺对AZ31镁合金组织与性能的影响

作者：许智鑫合肥工业大学

学位级别：硕士

这个世纪以来,钢铁行业等资源变得越来越紧缺,人们把眼光放在了轻量化和节能环保型材料上,越来越多的研究关注在如何提高资源使用率、降低能源的损耗和对环境友好上,性能优良的镁合金开始成为了大多数研究人员关注的热门。通过普通塑性... 详细信息

这个世纪以来,钢铁行业等资源变得越来越紧缺,人们把眼光放在了轻量化和节能环保型材料上,越来越多的研究关注在如何提高资源使用率、降低能源的损耗和对环境友好上,性能优良的镁合金开始成为了大多数研究人员关注的热门。通过普通塑性加工方法制备的镁合金往往因较强的基面织构而具有较差的室温成形性能。本文采用自制AZ31镁合金作为研究对象,通过终轧工艺和退火工艺的结合,分别从微观组织和力学性能两个方面,研究终轧及退火工艺对AZ31镁合金板材微观织构和室温成形性能的影响。实验的分析和结论如下:(1)随着最终道次下轧制温度的不断提升,激活了大量的非基面滑移,在随后完全退火过程中,促进了原子核和细小的静态再结晶晶粒在不同方向上的旋转,从而导致取向大幅度改变,进而使织构强度显著减弱,改善了合金板材室温成形性能,当终轧温度为550℃时,合金板材成形性能IE值最高为6.1mm,织构强度最弱为3.1。(2)在最终道次550℃轧制基础下,通过合理的提高终轧压下量,可以进一步弱化板材基面织构。但最终道次压下量过大时,组织内部会出现数目较多的动态再结晶,位错滑移开始作为主要的变形机制,导致基面滑移活性得到增强,不再具有弱化织构的作用。在终轧压下量为25%时,杯突值IE值最大为6.4mm,织构强度最弱为2.63。对终轧态板材进行退火实验研究,发现在350℃下退火保温60min时,合金组织均匀性更好,织构强度最弱,并且板材延伸率达到了30.2%。通过织构强度、成形性能和塑性的综合比较,最终确定完整终轧及退火工艺为:终轧温度550℃、终轧压下量为25%,退火工艺为350℃×60min。(3)终轧及退火工艺对初始织构不同的板材,都能起到弱化织构强度的作用,但弱化程度和织构类型存在区别。初始织构强度较高的板材,孪生和滑移作为主要变形机制共同来协调变形,由于柱面滑移受到一定的抑制而不利于作用变形,从而表现出剪切带组织弥补由于位错滑移引起的变形能力的不足。初始织构强度较弱的板材,孪生活动受到抑制,柱面滑移和锥面滑移大量启动,提高了板材变形能力。位错滑移引起的晶粒c轴偏转是导致初始织构强度较弱板材中形变织构发生变化的主要原因。

关键词： AZ31镁合金室温成形性能基面织构滑移与孪生

不同应变路径下镁合金薄板的微观组织演变规律及塑性成形

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不同应变路径下镁合金薄板的微观组织演变规律及塑性成形

作者：孔庆伟太原理工大学

学位级别：硕士

镁合金材料拥有超高的比刚度、比强度以及良好的电磁屏蔽特性等优势,在汽车行业领域、航空与航天领域及消费电子产业中获得了广泛使用。但是,因其是密排六方晶体结构,造成镁合金材料在常温下的成形性能较差,影响了镁合金材料的进一步使... 详细信息

镁合金材料拥有超高的比刚度、比强度以及良好的电磁屏蔽特性等优势,在汽车行业领域、航空与航天领域及消费电子产业中获得了广泛使用。但是,因其是密排六方晶体结构,造成镁合金材料在常温下的成形性能较差,影响了镁合金材料的进一步使用。本课题的研究对象为具有强基面织构的1 mm厚的AZ31镁合金薄板,通过弯曲限宽矫直技术在镁合金薄板中预置{10(?)22}拉伸孪晶,弱化原始板材的强基面织构,提高镁合金薄板的力学性能及成形性能。用于本文研究的初始材料为板厚1 mm的商用AZ31镁合金热轧薄板。分析并探究了不同温度、不同变形路径和循环道次下弯曲限宽矫直后板材以及退火后板材的微观组织演变规律及其对力学性能和成形性能的影响。通过电子万能试验机测试了板材经过不同变形工艺及退火工艺后的室温拉伸性能,计算了应变硬化指数n值及塑性应变比r值,确定了能够提高镁合金薄板成形性能的最佳变形工艺参数及退火参数。通过探究变形过程中的孪生机制、织构演变规律,建立起了微观组织演变过程与力学性能及成形性能的关系。本文分别在室温、200℃、300℃、400℃沿RD、TD、RD+RD、RD+TD、TD+RD、TD+TD(其中RD方向为镁合金板的轧向,TD方向为镁合金板的横向)方向对原始镁合金薄板进行一次和二次弯曲限宽矫直,并对成形性能最好的试样进行退火处理。研究表明,经过弯曲限宽矫直变形后,原始镁合金板材中出现大量{10(?)2}拉伸孪晶,由于拉伸孪晶的出现,原始板材中平行于板材法向(ND)晶粒的c轴会向变形方向发生角度约为86°的偏转,与此同时,板材的织构类型会出现不同的变化,一种典型的规律为基面织构被弱化;另外一种为基面织构基本消失,转变为不同方向变形后对应的偏转织构;还有一种由再结晶主导的极其散乱的织构类型,不同的织构类型对板材力学性能以及成形性能均产生了不同的影响。此外,还探究了AZ31镁合金薄板在弯曲限宽矫直过程中的孪生行为,研究发现,变形过程中,板材中会出现多种孪生变体,且变体与变体之间存在多种位置关系,主要有邻位变体、对位变体、同位变体。通过电子万能试验机对镁合金板材的室温拉伸实验表明,弯曲限宽矫直变形后的板材中由于拉伸孪晶存在,拉伸曲线的形状较原始镁合金板相比发生很大变化,比如屈服平台现象的发生,这是拉伸孪晶协调室温单向拉伸过程中塑性变形的典型特征。此外,拉伸孪晶片层能够切割晶粒使晶粒细化,更多的晶界会阻碍位错滑移,造成位错塞积,因此,板材的极限抗拉强度(UTS值)较原始板大幅提升,同时由于拉伸孪晶导致晶粒发生偏转,有利于塑性变形,故板材的屈服强度较原始板材明显降低。在300℃沿TD方向两次弯曲限宽矫直之后,由于孪晶片层切割晶粒细化晶粒以及动态再结晶晶粒的出现,TD方向的UTS值达到350 MPa,较原始板材提高约60%,断后伸长率(FE值)较原始板材略有降低;室温下沿TD方向弯曲限宽矫直后RD方向的伸长率达到16%,较原始板材提高约15%,同时板材具有较大的n值和较小的r值,板材的成形性能在所有变形工艺中最好。故在后续的实验方案中,进一步探究了室温下沿TD弯曲限宽矫直后不同退火参数对板材力学性能及成形性能的影响。基于之前的研究,本文所选取的退火参数分别为在150℃退火16 h,230℃退火2h、4 h、6 h。研究表明,低温下较长时间退火以及较高温度下短时间退火均能够保留变形后板材中拉伸孪晶片层结构,且在退火过程中均发生不同程度的静态再结晶。230℃退火4h后板材的综合力学性能最好,板材TD方向的UTS值为313 MPa,FE值略有减小,RD方向的断后伸长率(FE值)较变形后板材进一步提高,达到20%。此外,230℃-4h退火后板材的基面织构进一步被弱化,板材的塑性成形能力达到最佳。在230℃退火6 h,板材的晶粒尺寸略微增大,且孪晶片层也随着退火时间的延长逐渐长大,并且吞噬基体晶粒。在150℃退火16 h后板材的织构类型发生明显改变,由变形后板材的基面织构转变为TD偏转织构和基面织构并存的织构类型。主要由于长时间退火过程中发生广泛的静态再结晶且再结晶晶粒分别继承了拉伸孪晶及母体晶粒的取向,导致TD偏转织构和基面织构共存。在230℃不同温度下退火过程中,板材的织构类型基本都以基面织构为主,并没有TD织构类型的出现,由于退火过程中产生的再结晶晶粒主要继承了母体晶粒的取向,而影响孪晶诱导再结晶机制的主要因素是前期变形过程中产生的应变能,在退火过程激活这种应变能需要更高的温度或者更长的时间,相比于150℃-16 h的退火,230℃下退火温度虽略有升高,但退火时间短,不足以激活变形过程中储存的能量,故导致孪晶诱导再结晶效果不明显,因此,板材的织构类型还是以基面织构为主。

关键词： AZ31镁合金薄板弯曲限宽矫直拉伸孪晶基面织构孪生变体

基于温热预变形调控镁合金板材组织和性能研究

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基于温热预变形调控镁合金板材组织和性能研究

作者：张瑞昭燕山大学

学位级别：硕士

镁合金室温下可开动滑移系少,同时镁合金板材通常具有较强的基面织构,使得镁合金板材室温下塑性较差,限制了镁合金板材的广泛应用。因此,调控镁合金板材组织和性能改善镁合金板材的成形性能具有重要意义。本文从调控AZ31B板材组织和性... 详细信息

镁合金室温下可开动滑移系少,同时镁合金板材通常具有较强的基面织构,使得镁合金板材室温下塑性较差,限制了镁合金板材的广泛应用。因此,调控镁合金板材组织和性能改善镁合金板材的成形性能具有重要意义。本文从调控AZ31B板材组织和性能的角度出发,结合AZ31B板材的拉伸流变行为,分析了不同工艺参数对温热预变形的影响,并采用自行设计的模具对AZ31B板材施加了温热预变形。通过对预变形后金相组织、基面织构和拉伸曲线分析,探究了预变形温度、预变形量及预变形路径对AZ31B板材微观组织及力学性能的影响。主要研究结果如下:首先,研究了AZ31B板材的拉伸流变行为。结果表明,随温度的升高,AZ31B板材流变应力不断下降,其对应变速率的敏感系数不断增大,板材断裂机制由准解理断裂转变为韧性断裂;随应变速率的降低,流变曲线的软化阶段明显延长。其次,通过有限元仿真和实验分析了不同工艺参数对预变形的影响。确定了预变形过程中采用DC06深冲钢板作为垫板,它的孔径为35mm,厚度为1mm,凸模与垫板之间摩擦为有害摩擦,垫板与板料之间为有益摩擦;并通过自行设计的模具制备出了不同条件下双拉预变形试样及平面应变预变形试样。再次,研究了双拉及平面应变预变形对AZ31B板材微观组织及织构的影响。结果表明,随预变形温度的升高,非基面滑移系的开动使得基面织构增强的速度和对预变形量变化的敏感程度有所下降。预变形过程中动态再结晶形核保留了原始晶粒取向,同一预变形条件下,平面应变预变形动态再结晶晶粒体积占比及织构强度均低于双拉预变形。最后,研究了双拉及平面应变预变形对AZ31B板材力学性能的影响。结果表明,板材的屈服强度随预变形温度升高,增加的幅度逐渐减少,抗拉强度基本不随预变形条件发生变化。应变硬化指数n主要受预变形温度的影响。双拉预变形导致AZ31B板材断后伸长率降低,但随预变形温度升高,塑性有一定改善;平面应变预变形在200℃以上,施加小预变形量能够有效提高板材的断后伸长率。

关键词：镁合金板材温热预变形流变行为微观组织力学性能基面织构

不同轧制工艺对AZ31镁合金薄板室温成形性能的影响

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中国有色金属学报 2012年第12期22卷 3293-3299页

作者：刘华强唐荻胡水平米振莉王哲北京科技大学高效轧制国家工程研究中心北京100083

采用常规轧制(NR)、异步轧制(DSR)和交叉轧制(CR)3种不同工艺来获得AZ31镁合金板材并进行室温成形性能的研究。结果表明:AZ31镁合金板材的综合力学性能不仅与晶粒尺寸有关,还与晶粒取向有关。基面织构的减弱可明显提高板材的胀形性能。... 详细信息

采用常规轧制(NR)、异步轧制(DSR)和交叉轧制(CR)3种不同工艺来获得AZ31镁合金板材并进行室温成形性能的研究。结果表明:AZ31镁合金板材的综合力学性能不仅与晶粒尺寸有关,还与晶粒取向有关。基面织构的减弱可明显提高板材的胀形性能。异步轧制明显降低板材基面织构强度,使板材室温冲压性能得到提高。交叉轧制使晶粒显著细化,基面织构增强,提高了板材的力学性能,却降低其冲压成形性能;同时交叉轧制可以减弱板材各向异性。研究结果为改善镁合金室温塑性与成形性能提供了理论依据和新思路。

关键词： AZ31镁合金常规轧制异步轧制交叉轧制基面织构冲压胀形性能

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挤轧复合变形制备电磁连铸AZ61板材

材料科学与工艺 2012年第5期20卷 95-100页

作者：李乃朴孟令刚房灿峰朱琼吴友芳彭鹏张兴国大连理工大学材料科学与工程学院大连116024

通过挤压后再轧制的方法制备AZ61镁合金板材,利用动态再结晶产生局部剪切变形减弱挤压形成的{0002}基面织构,可以有效提高板材的塑性成形能力,对比分析了直接轧制75%变形量与挤轧复合轧制60%变形量的AZ61电磁半连铸镁合金板材.结果表明... 详细信息

通过挤压后再轧制的方法制备AZ61镁合金板材,利用动态再结晶产生局部剪切变形减弱挤压形成的{0002}基面织构,可以有效提高板材的塑性成形能力,对比分析了直接轧制75%变形量与挤轧复合轧制60%变形量的AZ61电磁半连铸镁合金板材.结果表明,两种工艺方法所得到的板材力学性能相近,前者抗拉强度σb=300 MPa,屈服强度σ0.2=230 MPa,延伸率δ=8.0%,后者σb=295 MPa,σ0.2=245 MPa,δ=8.2%.因此,可以通过挤轧复合的工艺方法利用较小的轧制变形量(60%)制备出与较大轧制变形量(75%)性能相近的镁合金板材.

关键词：电磁连铸基面织构动态再结晶挤轧复合

稀土元素Y和Ce对热轧Mg-1.5Zn镁合金组织和室温成形性能的影响

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材料工程 2014年第12期42卷 1-10页

作者：刘鹏江海涛段晓鸽康强北京科技大学高效轧制国家工程研究中心北京100083

设计了成分为Mg-1.5Zn-xY和Mg-1.5Zn-xCe(x=0,0.2,0.5,1.0)两组试样。通过光学显微镜、扫描电镜、X衍射等研究稀土Y和Ce对热轧态Mg-1.5Zn合金组织和室温成形性能的影响。结果表明:Y和Ce元素可以有效地弱化合金的(0002)基面织构,而且基... 详细信息

设计了成分为Mg-1.5Zn-xY和Mg-1.5Zn-xCe(x=0,0.2,0.5,1.0)两组试样。通过光学显微镜、扫描电镜、X衍射等研究稀土Y和Ce对热轧态Mg-1.5Zn合金组织和室温成形性能的影响。结果表明:Y和Ce元素可以有效地弱化合金的(0002)基面织构,而且基面织构均沿着TD方向发生一定程度的分裂。Y和Ce元素的加入,使合金中分别形成了Mg2Y5,Mg3Zn3Y和MgZnCe弥散的第二相粒子,起到了细晶强化作用。此外,还有利于合金再结晶行为的发生,使得合金塑性(伸长率最高达27%)、强度(抗拉强度最高达252MPa)和室温成形性能(杯突值最高可达5.46)都得到很大提高。但是,过多Y和Ce的加入将不利于合金性能的进一步提高。

关键词：镁合金稀土元素基面织构力学性能成形性能

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镁合金非对称变形研究进展

稀有金属 2021年第12期45卷 1501-1511页

作者：唐昌平张超王雪兆吴凯陈旭刘筱湖南科技大学材料科学与工程学院高温耐磨材料及制备技术湖南省国防科技重点实验室新能源储存与转换先进材料湖南省重点实验室湖南湘潭411201 湘潭大学材料科学与工程学院湖南湘潭411105

镁合金具有密度低、比强度高、比刚度高等优点,在航空航天、交通运输、电子产品等领域具有广阔的应用前景。但是,由于镁合金为密排六方结构,滑移系较少,塑性变形易产生较强的基面织构,导致合金塑性降低,严重限制了其应用。因此,提高镁... 详细信息

镁合金具有密度低、比强度高、比刚度高等优点,在航空航天、交通运输、电子产品等领域具有广阔的应用前景。但是,由于镁合金为密排六方结构,滑移系较少,塑性变形易产生较强的基面织构,导致合金塑性降低,严重限制了其应用。因此,提高镁合金的塑性对扩大其应用范围具有重要的意义。研究表明,非对称变形可引入剪切变形,激活非基面滑移系,削弱基面织构强度或产生新的织构组分,且热变形过程中产生的动态再结晶可细化晶粒,协同提升镁合金的室温强度和塑性。例如,通过等径角挤压温度、变形路径的探索,可在保证高塑性的前提下,使低合金含量的AZ31镁合金的屈服强度达到372 MPa,抗拉强度达到445 MPa,大大优于该合金常规轧制和挤压的力学性能。本文综述了异步轧制、等通道转角挤压、等通道转角轧制和非对称挤压等非对称变形方式在镁合金中的研究进展,叙述了变形温度、变形量、变形速度、变形路径等对非对称变形镁合金微观组织与力学性能的影响,以期为制备高强度、高塑性的镁合金材料提供参考。

关键词：镁合金非对称变形基面织构晶粒细化力学性能

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TA1纯钛板材组织和拉伸过程分析

金属世界 2023年第6期 73-76页

作者：张亚峰张明玉岳旭同晓乐李峰丽胡雅歌新疆湘润新材料科技有限公司新疆哈密839000 大连交通大学连续挤压教育部工程研究中心辽宁大连116028

选取TA1纯钛板材,对其进行微观组织和拉伸实验分析。结果表明:TA1纯钛板材的组织以等轴α相为主,并有微量的晶间β相存在于等轴α相之间,X射线衍射的衍射峰均为α相,电子背散射衍射(EBSD)分析其密排六方结构的α钛的体积分数为99.2%,体... 详细信息

选取TA1纯钛板材,对其进行微观组织和拉伸实验分析。结果表明:TA1纯钛板材的组织以等轴α相为主,并有微量的晶间β相存在于等轴α相之间,X射线衍射的衍射峰均为α相,电子背散射衍射(EBSD)分析其密排六方结构的α钛的体积分数为99.2%,体心立方结构的β钛为0.8%,由极图可得,其基面织构较强,最大值达到6.85,其ND方向(板材横向)于晶粒之间的夹角较小,板材沿轧制方向(RD方向)织构较强;拉伸过程可分为3个阶段:初始阶段、强化阶段、颈缩阶段;拉伸试样的断口微观形貌主要由韧窝构成。

关键词：密排六方结构断口微观形貌轧制方向钛板材等轴α相拉伸过程体心立方结构基面织构