AZ31镁合金板材双向循环弯曲的孪晶组织及织构

采用等温双向循环弯曲工艺(bidirectional cyclic bending technology,BCBT)改善了AZ31镁合金板材的微观组织、织构和力学性能。循环弯曲变形能够产生压缩变形与拉伸变形的交替变化,使镁合金材料发生压缩变形→孪晶组织形成→发生动态再结晶→孪晶消失→晶粒细化的组织演变过程,形成分布均匀的细小的晶粒组织,改善了镁合金材料性能。AZ31镁合金板材在变形温度为483 K时经过3个道次的等温双向循环弯曲变形后,基面织构得到明显弱化,织构强度由原始9.59降低到变形后3.54,平均晶粒尺寸为12.2μm。在变形温度443 K,经过1个道次变形后,AZ31镁合金板材的抗拉强度为325 MPa,屈服强度为225 MPa。与原始坯料力能参数相比,抗拉强度提高了19%,屈服强度提高了28%。当变形温度483 K循环变形3道次时,材料的伸长率为17.1%,比原始材料提高了42%。     

强织构AZ31镁合金板材深低温轧制过程中微观组织演变及力学性能控制研究

取初始织构为c轴与板面法向垂直的强织构AZ31镁合金板材为初始样品,经液氮温度深低温轧制多道次至不同变形量,研究所得轧制板材的显微组织与织构演变,及其对轧制力学性能的影响。利用SEM、EBSD和XRD表征分析了轧制板材的显微组织和织构,应用准静态单轴拉伸实验分别测试了深低温轧制板材沿轧向(RD)和横向(TD)的室温力学性能。研究表明,{1012}拉伸孪晶是深低温轧制强织构AZ31镁合金板材中的主导孪晶类型,其对轧制板材的微观组织和织构影响较为显著。轧制变形后,大量的拉伸孪晶晶界不但对晶粒起到了分割碎化作用,并且由于孪晶对取向的剧烈改变,使得板材在轧制变形后c轴平行于ND的织构组分加强。深冷轧制板材的强度有所提高,但是延伸率却急剧下降,沿着RD方向的强度要高于TD方向的强度。     

等温循环弯曲对镁合金板材组织及力学性能的影响

对AZ31B镁合金板材在不同温度下进行了不同道次的等温循环弯曲试验,分析了镁合金板材微观组织和宏观织构的变化情况.结果表明,在变形温度为443 K和483 K时,主要由孪晶来协调变形,并且在孪晶带附近产生了最初的再结晶晶粒；在变形温度为523 K时,最初再结晶晶粒产生在晶界处.在变形温度为483 K循环弯曲3个道次的条件下,其室温伸长率达到17.1％,而原始AZ31B镁合金板材的室温伸长率为12.4％.其基面织构最大相对强度由9.80降到了5.75.     

AZ31镁合金轧制变形后组织性能研究

本文研究了不同轧制变形量和轧制速度对AZ31镁合金板材微观组织和力学性能的影响。轧制变形可显著细化AZ31镁合金板材的晶粒尺寸并提高其综合力学性能。当轧制速度为5m/min,轧制变形量为50%时,板材平均晶粒尺寸最细可达到9μm,其抗拉强度、屈服强度和延伸率分别提高到280MPa、180MPa和30%以上,同时探讨了AZ31镁合金屈服强度与晶粒大小之间的关系。在大量AZ31镁合金轧制相关文献和本文一系列实验研究的基础上,对比分析了不同轧制工艺对AZ31镁合金综合力学性能的影响。研究表明,本文所采用轧制工艺可显著提高AZ31镁合金板材的综合力学性能,同时降低板材轧向和横向的各向异性。     

AZ31镁合金轧制变形后组织与性能研究

研究了不同轧制变形量和轧制速度对AZ31镁合金板材微观组织和力学性能的影响。轧制变形可显著细化AZ31镁合金板材的晶粒尺寸并提高其综合力学性能。当轧制速度为5 m/min,轧制变形量为50%时,板材平均晶粒尺寸最细可达到9μm,其抗拉强度、屈服强度和延伸率分别提高到280、180 MPa和30%以上,同时探讨了AZ31镁合金屈服强度与晶粒大小之间的关系。在大量AZ31镁合金轧制文献数据和本实验一系列数据的基础上,对比分析了不同轧制工艺对AZ31镁合金综合力学性能的影响。研究表明,本实验所采用轧制工艺可显著提高AZ31镁合金板材的综合力学性能,同时降低板材轧向(RD)和横向(TD)的各向异性。     

织构和晶粒尺寸对AZ31镁合金薄板成形性能的影响

采用不同的轧制工艺,制备4种晶粒尺寸为7~18μm和不同强度基面织构的AZ31镁合金板材,通过单向拉伸试验和室温Erichsen试验,探讨晶粒尺寸与织构对镁合金板材室温成形性能的影响。结果表明:晶粒细化虽然增强了板材的力学性能,但不利于提高板材的胀形性能;基面织构的减弱使板材沿厚度方向变形能力增强,具有较好的胀形性能,但另一方面使板材的屈服强度降低。     

交叉预压缩对轧制态AZ31镁合金拉压不对称性的影响

通过对轧制态AZ31镁合金板材进行多向预压缩,运用塑性变形的方式,产生了{1012}一次拉伸孪晶和{10 1 2}-{10 1 2}二次拉伸孪晶,并结合EBSD表征和XRD分析,对预压缩后材料的拉伸压缩实验的结果表明,预压缩对镁合金拉压不对称性的降低和强度的提高有明显效果。交叉预压缩之后,由于产生了孪生,材料组织晶粒细化,使得材料在再变形时,屈服强度和最大强度均明显增强。产生的拉伸孪晶片层可以有效地改变晶粒的取向,在一定程度上削弱了基面织构,在{1012}一次拉伸孪晶中产生了{1012}-{1012}二次拉伸孪晶,二者结合作用,改善了材料的再变形行为,从而降低了镁合金板材的拉压不对称性。     

AZ31镁合金再结晶退火的准原位EBSD研究

对AZ31镁合金热挤压板进行室温轧制(形变量为8%)后,利用背散射衍射技术原位(in-situ EBSD)观测了轧制试样中不同类型的孪晶组织在再结晶退火过程中的取向演变。结果表明:退火过程中拉伸孪晶区域形成尺寸相对粗大的再结晶新晶粒,再结晶晶粒取向与拉伸孪晶的取向较为接近;压缩孪晶/双孪晶区域形成了细小的再结晶晶粒,再结晶晶粒偏离基面取向。孪晶再结晶显著影响镁合金在退火过程中的织构演变,轧制样品中,拉伸孪晶再结晶使得基面织构强度增强,压缩孪晶再结晶则可以在一定程度上弱化镁合金的基面织构。     

非对称轧制AZ31镁合金板材组织与性能

采用商用连铸连轧AZ31镁合金板材,通过小辊径非对称轧制工艺,研究在150,200,250℃温度条件下多道次非对称轧制对镁合金板材组织、织构和力学性能的影响。结果表明,不同轧制温度下,镁合金板材的晶粒细化机理不同,150℃时以孪晶细化为主,部分晶粒发生动态再结晶,200和250℃时板材晶粒细化机理为动态再结晶。对比分析了对称轧制和非对称轧制板材织构演化规律,随着轧制温度的升高,非对称轧制板材基面织构依次增强,但明显低于对称轧制板材。     

AZ31镁合金板材压痕-压平复合形变实验研究

研制了AZ31镁合金板材压痕-压平复合形变模具,并进行了实验研究。结果表明:AZ31镁合金在复合形变过程中,随着压下率的增加,孪晶的数量也随之增加且产生了再结晶晶粒;随着形变温度的升高,晶粒开始长大,孪晶数量随之降低。孪晶及孪生变形主要在低温塑性变形时发生。随着复合形变系数的增加,孪晶数量和动态再结晶程度都开始增加,导致晶粒细化程度增强。在复合形变系数为3/10时,平均晶粒尺寸达到8.1μm,与传统的平辊轧制技术相比,复合形变后AZ31镁合金材料的力学性能得到明显提高,晶粒尺寸细化了19.8%,屈服强度提高了5.9%,抗拉强度提高了15.1%,伸长率提高了16.2%。     

脉冲电流轧制对AZ31镁合金微观组织与力学性能的影响

对比研究脉冲电流轧制工艺与温轧工艺对AZ31镁合金板材的力学性能、织构、微观组织与沉淀相等方面的影响。结果表明：脉冲电流具有促进冷轧AZ31镁合金低温再结晶能力的作用。脉冲电流轧制后的镁合金板材组织由细小的等轴再结晶粒与析出相构成,没有发现孪晶组织,并且完全再结晶,原始晶粒均被细小的再结晶晶粒取代,再结晶晶粒内的位错密度低。而温轧镁合金组织则由稍拉长变形孪晶、粗大的再结晶晶粒和析出相构成,再结晶的晶粒内位错密度高。两种轧制方式下的镁合金析出相均为Mg17Al12。脉冲电流轧制后镁合金的织构具有典型基面织构的特征,而脉冲电流轧制镁合金的织构则出现横向偏转;脉冲电流轧制后镁合金的屈服强度与伸长率均比温轧镁合金的大,但抗拉强度正好相反。     

高速冲击载荷下预压缩AZ31镁合金的退孪生行为与动态力学性能

为研究高应变速率冲击载荷下预压缩轧制态AZ31镁合金的退孪生行为与动态力学性能,将原始试样沿轧制方向（RD）进行真应变为4%的准静态预压缩,引入大量的■拉伸孪晶。利用分离式Hopkinson压杆（SHPB）装置对原始及预压缩AZ31镁合金样品沿板材法向（ND）进行应变速率为700、1000、1300和1600 s^-1的高速冲击实验,并利用EBSD技术对原始试样、预压缩试样以及不同应变速率下的冲击试样进行微观组织分析。结果表明,相比于原始试样,预压缩AZ31镁合金试样内的基面织构强度明显减弱并形成c轴与RD平行的孪晶织构,由于拉伸孪晶界对母晶粒的分割作用使得平均晶粒尺寸明显降低。预压缩AZ31镁合金试样沿ND高速冲击时的主要变形机制为退孪生,随着冲击应变速率的增大,孪晶织构逐渐恢复至初始的强基面织构,孪晶面积分数和孪晶平均厚度均逐渐降低,平均晶粒尺寸逐渐增大。此外,沿ND冲击原始试样相比于预压缩试样具有更高的强度和更低的塑性,且在塑性变形过程中预压缩试样呈现出更加明显的应变速率敏感性。     

汽车用AZ31镁合金板材轧制工艺研究

采用光学显微镜(OM)、硬度测试等手段研究了轧制温度和压下率对AZ31镁合金铸轧板材显微组织和硬度的影响。结果表明:轧制温度350℃和总压下率72%轧制的AZ31镁合金试样组织中有大量孪晶出现,细小的再结晶晶粒分布在孪晶内部和α相晶界处,将大尺寸晶粒分割成较小晶粒,未发生再结晶的晶粒明显发生扭曲变形,组织得到明显细化。在350～410℃,随着轧制温度的升高,AZ31镁合金试样平均晶粒尺寸逐渐增大,试样硬度逐渐降低。轧制温度350、380、410℃,总压下率72%时,试样的硬度分别为86.6、84.7、79.5HV。     

AZ31镁合金压缩变形微观织构演变规律

采用电子背散射衍射(EBSD)原位跟踪实验方法研究了AZ31镁合金压缩变形微观织构演变规律。在温度为170℃条件下,研究了AZ31镁合金轧制板材经过3次连续真空压缩(变形量分别为11%、17%和23%)时,其相同观察区域的微观织构演变。研究结果表明,AZ31镁合金轧制板材的微观织构为典型的(0001)基面织构。当温度为170℃、变形量为11%时,晶粒取向发生显著改变,大部分晶粒都发生了完全孪生,只有少数发生部分孪生,原始的基面轧制织构大幅减弱,孪生变体符合60°/1010和86.3°/1210取向关系。随着变形量的增加,滑移开始启动,孪晶晶界减少,织构变化不明显。压缩变形过程微观织构演变机理主要以拉伸孪生为主,基本上没有压缩孪生出现。     

应变路径变化对AZ31镁合金力学行为的影响

以挤压态AZ31镁合金棒材为原材料,在室温下沿着∥ED和⊥ED的方向进行预变形实验,模拟二辊皮尔格冷轧过程中减壁段横截面瞬时变形应力状态,接着对预变形试样取样进行二次压缩,利用电子背散射衍射（EBSD）对2次变形之后的微观结构进行表征。研究了应变路径变化情况下组织和织构对力学行为的影响。结果表明,预变形使AZ31镁合金的屈服强度提高,其主要原因是预变形产生的拉伸孪晶导致晶粒细化和位错密度增加。并且孪晶的出现会改变晶粒的取向,基面织构弱化（或孪生织构增强）在改善AZ31镁合金力学性能方面可能起到更重要的作用。∥ED-3%和⊥ED-3%试样的屈服强度分别提高了66.7%和6.6%。     

轧制温度对AZ31镁合金轧制板材中的{1011}-{1012}双孪生行为的影响

在150-350℃温区内不同温度下轧制AZ31镁合金板,观察了不同温度下轧制变形量为9%的AZ31镁合金板材的显微组织,研究分析了轧制温度对轧制板材中{1011}-{1012}双孪晶的含量、类型以及高温轧制过程中双孪晶中的动态再结晶行为的影响,讨论了板材中的孪晶对其力学性能的影响.研究结果表明:在150-300℃温区内轧制时,板材组织中均有含量不等的{1011}-{1012}双孪晶,随着轧制温度的升高,孪晶含量下降.250℃以上轧制的板材中单片一次孪晶中出现的双孪晶类型较为单一,仅出现共面型双孪晶.在250℃以上轧制板材中的双孪晶晶界处中可以观察到明显的动态再结晶现象,这些动态再结晶晶粒对孪晶界和孪晶起到消除和吞噬的作用.350℃下轧制的AZ31镁合金板材中未观察到{1011}-{1012}双孪晶.随着轧制温度的升高,镁合金轧制板材的强度减弱而塑性增强.     

轧制温度和后处理方式对AZ31镁合金显微组织和力学性能的影响

在不同的轧制温度下,对AZ31镁合金板进行轧制,然后取出轧板立即进行水冷、空冷和退火3种不同的后处理。探究轧制温度和后处理对镁合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,轧制温度为250、300℃时,水冷和空冷处理后板材存在着大量的孪晶,350℃时由于轧制温度较高,孪晶的数量很少;水冷处理后的平均晶粒尺寸要小于空冷,空冷处理之后的孪晶数量略少于水冷,当轧制温度为350℃时,退火处理后,晶粒尺寸减小,晶粒趋于等轴状,晶格畸变程度低。在相同的轧制温度下,水冷处理的镁合金板材的屈服强度、抗拉强度和硬度较高;退火处理后可以显著提高板材的伸长率,但屈服强度、抗拉强度略有下降。轧制温度升高时,3种后处理方式之间屈服强度和抗拉强度的最大差值会减小。     

基于晶体塑性有限元的AZ31镁合金室温变形过程织构及孪生演化

研究了AZ31镁合金塑性变形过程中因不同晶体取向导致的各向异性和拉压不对称性,探索了塑性变形过程中织构演变规律、孪生和力学性能之间的关系。采用晶体塑性有限元建立具有不同晶体取向的AZ31镁合金模型,通过室温单轴压缩和拉伸实验相结合的方法,发现晶体的塑性变形行为在很大程度上取决于晶体取向,不同的晶体取向导致了镁合金塑性变形行为的各向异性,轴向屈服强度和抗拉强度高,径向屈服强度和抗拉强度低。镁合金塑性变形过程中,随着应变量的增加,孪晶激活体积分数不断上升,因不同加载方向导致晶粒c轴发生不同转动,径向孪晶激活体积分数高,轴向孪晶激活体积分数低;孪晶的激活直接导致了织构的极密度发生偏移,径向孪晶激活体积分数高,所以径向的织构的极密度偏移更大。在镁合金塑性变形过程中,出现明显孪晶的点与应力突变的点相吻合,当孪晶激活体积分数达到一定值时,应力发生突变,此时晶体取向发生变化,新的滑移系启动,反映了滑移和孪晶机制耦合对力学性能的影响。     

{10ī2}拉伸孪晶对AZ31镁合金薄板成型性能的影响

通过沿横向(TD)预压引入{10ī2}拉伸孪晶,室温下做单向拉伸试验研究{10ī2}拉伸孪晶对AZ31轧制镁合金薄板显微组织和成形性能的影响。研究发现,预压板材中出现大量孪晶,因孪晶切割晶粒细化晶粒效应,板材的屈服强度(YS)、抗拉强度(UTS)和断裂伸长率(FE)均获得了不同程度的提高,应变硬化指数(n值)增加,塑性应变比(r值)减小,板材成形性能显著提高。     

初始织构对AZ31镁合金孪生和织构演化的影响

为研究AZ31镁合金变形孪晶和塑性各向异性,基于率相关晶体塑性本构理论,采用有限元方法建立了具有不同初始织构的镁合金模型（包含滑移和孪生变形机制）,并引入孪晶体积分数,研究其压缩过程中织构演变、孪生和力学性能之间的关系。结果表明：晶体的塑性行为在很大程度上取决于初始织构,初始织构的差异导致了压缩行为的明显各向异性,轴向屈服强度和抗拉伸强度高,径向屈服强度和抗拉伸强度低。压缩塑性变形过程中随着变形量的增加,激活孪晶体积分数增高,且径向压缩激活孪晶体积分数越高,轴向压缩激活孪晶体积分数越低。模拟中出现明显孪晶的点与应力突变的点相吻合,当孪晶体积分数达到一定值时,应力发生突变,此时晶体取向发生显著变化,新的滑移系启动,反映了滑移和孪晶机制耦合对AZ31镁合金力学性能的影响。