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AZ31镁合金的织构对其力学性能的影响

来源期刊:中国有色金属学报2010年第3期

论文作者:唐伟琴 张少睿 范晓慧 李大永 彭颖红

文章页码:371 - 377

关键词:AZ31镁合金;织构;力学性能,AZ31 magnesium alloys; texture; mechanical property

Key words:AZ31 magnesium alloys; texture; mechanical property

摘    要:利用电子背散射衍射(EBSD)取向成像技术,分析AZ31镁合金热挤压棒材和轧制薄板的织构特点;对具有不同初始织构的镁合金棒材和薄板进行力学性能分析,并从织构角度分析棒材的拉压不对称性和薄板的力学各向异性。结果表明:挤压镁合金棒材具有主要以(0001)基面平行于挤压方向的基面纤维织构,存在严重的拉压不对称性,其原因在于压缩时的主要变形方式为<>孪生;热轧镁合金薄板具有主要以(0001)基面平行于轧面的强板织构,具有显著的力学性能各向异性,其原因在于拉伸时不同方向的基面滑移Schmid因子不同。

Abstract: The textures of both as-extruded rod and as-rolled sheet of AZ31 magnesium alloys were investigated by the electron back scattering diffraction (EBSD) technique. The influences of the initial textures on the mechanical properties in two different magnesium alloy behaviors, extruded rod and rolled sheet, were examined. The tensile-compressive asymmetry of extruded rod and mechanical anisotropy of rolled sheet were studied in the sight of texture. The EBSD results show that the major texture of as-extruded AZ31 rod is the fiber texture with (0001) basal plane parallel to the extrusion direction (ED), while the major texture of as-rolled AZ31 sheet is the basal texture with (0001) basal plane parallel to the rolling surface. The mechanical property tests show that the activity of <> twinning during compression exerts significant effect on the tensile-compressive yield stress and elongation rate in an asymmetrical way. The different Schmid factors of basal slip systems in different directions lead to the in-plane anisotropy during tension.

基金信息:国家自然科学基金资助项目
国家重点基础研究发展计划资助项目
教育部新世纪优秀人才计划资助项目
上海市科委资助项目



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文章编号:1004-0609(2010)03-0371-07

AZ31镁合金的织构对其力学性能的影响

唐伟琴,张少睿,范晓慧,李大永,彭颖红

(上海交通大学 机械与动力工程学院,上海 200240)

摘  要:利用电子背散射衍射(EBSD)取向成像技术,分析AZ31镁合金热挤压棒材和轧制薄板的织构特点;对具有不同初始织构的镁合金棒材和薄板进行力学性能分析,并从织构角度分析棒材的拉压不对称性和薄板的力学各向异性。结果表明:挤压镁合金棒材具有主要以(0001)基面平行于挤压方向的基面纤维织构,存在严重的拉压不对称性,其原因在于压缩时的主要变形方式为<>孪生;热轧镁合金薄板具有主要以(0001)基面平行于轧面的强板织构,具有显著的力学性能各向异性,其原因在于拉伸时不同方向的基面滑移Schmid因子不同。

关键词:AZ31镁合金;织构;力学性能

中图分类号:TG146.2        文献标识码:A

 

Texture and its effect on mechanical properties of

AZ31 magnesium alloy

 

TANG Wei-qin, ZHANG Shao-rui, FAN Xiao-hui, LI Da-yong, PENG Ying-hong

(School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China)

Abstract: The textures of both as-extruded rod and as-rolled sheet of AZ31 magnesium alloys were investigated by the electron back scattering diffraction (EBSD) technique. The influences of the initial textures on the mechanical properties in two different magnesium alloy behaviors, extruded rod and rolled sheet, were examined. The tensile-compressive asymmetry of extruded rod and mechanical anisotropy of rolled sheet were studied in the sight of texture. The EBSD results show that the major texture of as-extruded AZ31 rod is the fiber texture with (0001) basal plane parallel to the extrusion direction (ED), while the major texture of as-rolled AZ31 sheet is the basal texture with (0001) basal plane parallel to the rolling surface. The mechanical property tests show that the activity of <> twinning during compression exerts significant effect on the tensile-compressive yield stress and elongation rate in an asymmetrical way. The different Schmid factors of basal slip systems in different directions lead to the in-plane anisotropy during tension.

Key words: AZ31 magnesium alloys; texture; mechanical property

                    


镁合金具有低密度、高强度、易回收等优点,近年来作为轻质结构材料被逐渐应用于汽车、交通、电子及其他民用产品等领域[1]。变形镁合金通常通过挤压、轧制、锻造等变形方式来改善合金的结构,提高镁合金的性能,但镁合金在变形后会在合金内产生择优取向即织构。大量研究表明[2?9],镁合金织构的存在对镁合金的性能有着显著影响。因此,研究镁合金在变形过程中产生的织构,明确织构产生的原因及织构对合金性能的影响,就可以对镁合金的变形加工提供理论依据,达到控制织构的目的,用以改善合金的性能以适应结构件的使用要求。

传统研究织构的方法主要有X射线衍射分析和中子衍射分析,它们得到的是材料宏观上的晶体择优取向的平均结果。而新兴的电子背散射衍射技术(EBSD)能在得到材料宏观择优取向的同时,得到单个晶粒的取向以及相邻晶粒的取向差异[10],为镁合金织构研究提供一种有力的手段。

目前,关于镁合金棒材和板材在加工过程中织构的演化规律及其对力学性能影响的研究日益增多。尹树明等[11]对AZ31D镁合金挤压棒材的拉压不对称性以及在拉伸和压缩变形过程中的组织演化进行系统研究及分析。汪凌云等[12]对AZ31B板材在加工过程中织构的演变规律以及对板材力学性能各向异性的影响进行了研究。CHINO等[13]对AZ31挤压棒材在不同温度下进行了单向拉伸和压缩实验研究,并以 <>孪生为因素分析拉压不对称性。BOHLEN   等[14]通过对6种镁合金板材分别进行3个不同方向(轧向、横向、45?)的单向拉伸性能研究,得出镁合金板材力学性能各向异性的结论,并从织构角度分析其各向异性。由此可见,织构的存在及对力学性能的影响已成为热题。

在此,本文作者以热挤压AZ31镁合金棒材和热轧AZ31镁合金薄板为对象,通过EBSD分析技术,分析在塑性变形过程中形成的织构;通过对挤压棒材的室温单向拉伸和单向压缩性能测试,得出镁合金拉压不对称性的结论,并从织构角度分析其机理;通过对轧制薄板沿3个不同方向的室温单向拉伸实验,研究镁合金的各向异性性能。

1  实验

实验材料为d100 mm的AZ31镁合金铸锭和厚度为0.99 mm的AZ31镁合金轧制薄板,主要成分如表1所列。将铸锭分别挤压成挤压比为6.25?1和25?1的圆棒,挤压工艺参数:挤压筒温度440 ℃,模具温度410 ℃。

表1  AZ31镁合金的化学成分

Table 1  Chemical composition of AZ31 magnesium alloy (mass fraction, %)

用电火花切割出铸锭、挤压棒和轧制板上用于测量织构的样品,用AC-2电解液进行电解抛光,在Zeiss Suppa 55 场发射扫描电镜上进行EBSD实验,所用EBSD附件为丹麦HKL公司的Channel 5.0。

将挤压比为25?1的棒材加工成标准拉伸、压缩样品,加载方向均为挤压方向;在轧制板材上分别沿着与轧向(RD)成0?,45?和90?的3个方向切割拉伸样品。室温拉伸、压缩实验在Zwick T1?FR020TN.A50型电子万能材料实验机上完成,初始加载速度为0.5 mm/min;当材料拉伸至Rp0.2时,加载速度提升为2.5 mm/min。

2  结果与分析

2.1  镁合金的织构组分和演变规律

2.1.1  纤维织构

图1所示为AZ31镁合金的铸态组织。由图1可看出,铸态镁合金初始取向比较散漫,平均晶粒尺寸为135.58 ?m。

图1  铸态AZ31镁合金的取向成像图和取向极图

Fig.1  Orientation map (a) and {0002}, and  pole figures (b) of as-cast AZ31 magnesium alloy

图2所示为挤压比为6.25?1的平行于挤压方向的组织。由图2可以看出,挤压样品基本上为沿挤压轴向的细长条晶两侧分布的等轴细晶的混晶组织,平均晶粒尺寸为8.28 ?m,而细晶粒仅为5 ?m,大晶粒则达到50 ?m。由此可知,在热挤压过程中出现再结晶。图2(a)的取向成像图则表明,挤压后AZ31镁合金的择优取向,图中每种颜色代表一个晶体学取向,颜色相近则晶粒的取向相近。由图2(b)得知,挤压后大部分晶粒的(0001)基面平行于挤压方向。

图2  热挤压AZ31镁合金的取向成像图和取向极图(挤压比为6.25?1)

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