鎂合金高溫變形時(shí)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶機(jī)理的研究

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1、材料科學(xué)與工程A490（2008）鎂合金在高溫變形時(shí)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的研究T.Al-Samman，G.Gottstein（亞琛工業(yè)大學(xué)金屬學(xué)與金屬物理研究所德國(guó)亞琛52056）摘要：由于激活鎂合金的非基面滑移系需要有很大的臨界應(yīng)力，因此動(dòng)態(tài)再結(jié)晶在鎂合金的變形過程起到了重要的作用，特別地，我們觀測(cè)了鎂合金的變形溫度在200℃時(shí)從脆性到韌性轉(zhuǎn)變的行為。本文通過對(duì)商業(yè)用AZ31鎂合金在不同溫度和應(yīng)變速率下擠壓加工后再進(jìn)行單軸向壓縮試驗(yàn)，進(jìn)而研究不同變形條件對(duì)鎂合金動(dòng)態(tài)再結(jié)晶和組織轉(zhuǎn)變的影響。此外，還分析了鎂合金初始狀態(tài)的組織結(jié)構(gòu)對(duì)其動(dòng)態(tài)

2、再結(jié)晶晶粒尺寸的影響。在較大應(yīng)變情況下測(cè)得的再結(jié)晶晶粒尺寸與合金的變形條件的關(guān)系相對(duì)初始組織結(jié)構(gòu)而言更為緊密。AZ31鎂合金變形不同于純鎂，它的變形隨溫度升高它的晶粒沒有明顯長(zhǎng)大。例如，400℃時(shí)，它的應(yīng)變速率只有10-4s-1，在特定的變形條件下使得完全再結(jié)晶的微觀組織中的平均晶粒尺寸僅有18μm，并且這些織構(gòu)隨機(jī)分布。本文研究的試樣在200℃/10-2s-1條件下變形，利用光學(xué)顯微鏡觀察了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶里面的孿晶組織，還利用EBSD（電子背散射衍射）對(duì)此做了更進(jìn)一步的研究。關(guān)鍵詞：DXR、孿生、機(jī)理、變形、流動(dòng)行為、EBSD1

3、介紹在高溫下鎂合金出現(xiàn)了更多的滑移系，使得它的可加工性能大幅提升。例如，通過加熱非基面滑移和面滑移能夠有效的進(jìn)行。這樣就使得材料的成形性能更加優(yōu)良，并且使板材通過熱軋生產(chǎn)成為了可能。在熱成型時(shí)材料很容易發(fā)生再結(jié)晶。例如，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶影響晶體結(jié)構(gòu)使材料呈現(xiàn)出各向異性。因此，對(duì)在熱加工條件下再結(jié)晶過程中結(jié)構(gòu)形成機(jī)理的研究是很重要的，因?yàn)榇蠖鄶?shù)商業(yè)用鎂合金都將采用這種方法來制造成半成品的，從而進(jìn)一步加工的。眾所周知，再結(jié)晶過程包括形核、晶粒長(zhǎng)大一直到此過程完成。鎂及其合金的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶機(jī)理已經(jīng)有一些報(bào)道。這些結(jié)晶機(jī)制根據(jù)自然結(jié)

4、晶過程可以分成兩類：連續(xù)和不連續(xù)再結(jié)晶。連續(xù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶是一個(gè)回復(fù)過程，它是通過不斷地吸收那些最終將導(dǎo)致形成大角度晶界的亞晶界的位錯(cuò)，從而形成新的晶粒[1]。這種再結(jié)晶的形成機(jī)制已經(jīng)廣泛被研究人員們所接受，它強(qiáng)調(diào)的是，這種非常自然的機(jī)制是一種強(qiáng)烈的回復(fù)過程而不是經(jīng)典的再結(jié)晶現(xiàn)象，還提出了連續(xù)再結(jié)晶是以形核和晶核在大角度晶界遷移中長(zhǎng)大為特征的。無論是哪種機(jī)制，連續(xù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶或者非連續(xù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，經(jīng)過觀察，通常情況下鎂及其合金在此過程中并沒有改變晶體結(jié)構(gòu)，與面心立方金屬材料相比，再結(jié)晶組1材料科學(xué)與工程A490（2008）織通常與變

5、形織構(gòu)在某些情況下有很大的不同[2]。在鎂合金中，用微觀分析的手段來研究再結(jié)晶織構(gòu)尤其困難，這是由于鎂的滑移基面的六倍旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。從基面滑移系產(chǎn)——生滑移，或者在<1120>晶向軋制再或者在<1010>晶向軋制，織構(gòu)將會(huì)形成，兩者中都涉及旋轉(zhuǎn)過程。在強(qiáng)韌的基部組織存在下，基面滑移和孿晶依然進(jìn)行的非常順利，與它們的初始取向如何沒有任何關(guān)系，所以識(shí)別結(jié)晶織構(gòu)在上面提到的對(duì)稱問題的（0002）極像圖中的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶以后發(fā)生變化是不可能的。而在基底纖維織構(gòu)存—在時(shí)將會(huì)更加困難，例如，兩個(gè)主要的變形方向（0001）<1120>和（0001）

6、<1—010>以及它們分散產(chǎn)生的（0001）纖維組織，因?yàn)榇藭r(shí)你不可能識(shí)別出哪一種組—織發(fā)生了變化，即使發(fā)生在{1010}極圖中也難以分辨。先前的研究證實(shí)了電子背散射衍射分析確實(shí)很方便并且實(shí)用，在研究再結(jié)晶織構(gòu)和變形之間的關(guān)系時(shí)，此方法方便可靠，同時(shí)，我們報(bào)告了在200～300℃平面壓縮應(yīng)變?cè)囼?yàn)過程中動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過程的晶粒形核和長(zhǎng)大有30°擇優(yōu)取向的現(xiàn)象[3]。Bacroix和它的研究同伴[4]在研究Zr-2Hf合金在室溫平面壓縮應(yīng)變?cè)囼?yàn)和退火處理變形時(shí)提出了相似的觀點(diǎn)。本文討論了變形行為對(duì)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的影響，這里的熱變形是選定條

7、件下的熱變形—（T,εε）。單向壓縮試驗(yàn)?zāi)軌蜃鳛樽冃文Ｐ?，原因是它可以在?jīng)確定義的變形條件下經(jīng)行試驗(yàn)，而且在微觀結(jié)構(gòu)表征測(cè)試完成以后可以很迅速、方便的進(jìn)行淬火。盡管單向壓縮試驗(yàn)可能會(huì)有一些實(shí)際困難，在微觀結(jié)構(gòu)的研究上由于圓柱體的對(duì)稱性可能會(huì)使一些晶體的轉(zhuǎn)向變化觀測(cè)不到，但是它具有多通道模PSC的優(yōu)勢(shì)使得它沒有橫向的變形約束，這將導(dǎo)致一種新的織構(gòu)形成。2實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)前應(yīng)用的試驗(yàn)材料是商業(yè)用變形鎂合金AZ31B，它的化學(xué)成分是（ωt%）：2.92Al、0.84Zn、0.33Mn、0.02Si、0.004Fe、0.001Cu、0.00

8、1Ni，Mg。擠壓參數(shù)如下所示：擠壓溫度400℃，擠壓速度2m/min，擠壓比（d20/d1）=9。變形試驗(yàn)前材料經(jīng)過350℃退火處理并且保溫6小時(shí)。經(jīng)擠壓和退火后的材料平均晶粒尺寸為35μm，而其擠壓變形織構(gòu)以（0002）晶面為基底平行于擠壓軸。為了測(cè)量晶粒尺寸，我們采用了