简介概要

退火工艺对温轧AZ31板组织、织构及性能的影响

来源期刊：稀有金属2007年第4期

论文作者：吕保义康永林万玉刚蔡庆伍张济山王朝辉

关键词：AZ31; 退火; 组织; 织构; 性能;

摘要：研究了退火温度为573 K时,退火时间及组织、织构变化对AZ31温轧薄板性能的影响.分析结果表明,退火时间为60 min时,变形组织得到很大的改善,(0002)面硬取向有所减弱,能够获得较好的综合力学性能;进一步延长退火时间到120 min,等轴状的晶粒变得更加细小均匀,新的织构组分有所增加,塑性进一步改善.

稀有金属 2007,(04),412-415 DOI:10.13373/j.cnki.cjrm.2007.04.011

退火工艺对温轧AZ31板组织、织构及性能的影响

吕保义康永林王朝辉蔡庆伍张济山

北京科技大学材料科学与工程学院新金属材料国家重点实验室,北京科技大学材料科学与工程学院新金属材料国家重点实验室,北京科技大学材料科学与工程学院新金属材料国家重点实验室,北京科技大学材料科学与工程学院新金属材料国家重点实验室,北京科技大学材料科学与工程学院新金属材料国家重点实验室,北京科技大学材料科学与工程学院新金属材料国家重点实验室北京100083,北京100083,北京100083,北京100083,北京100083,北京100083

摘要：

研究了退火温度为573K时, 退火时间及组织、织构变化对AZ31温轧薄板性能的影响。分析结果表明, 退火时间为60min时, 变形组织得到很大的改善, (0002) 面硬取向有所减弱, 能够获得较好的综合力学性能;进一步延长退火时间到120min, 等轴状的晶粒变得更加细小均匀, 新的织构组分有所增加, 塑性进一步改善。

关键词：

AZ31;退火;组织;织构;性能;

中图分类号： TG156.2

作者简介：康永林 (E-mail:kangylin@mater.ustb.edu.cn) ;

收稿日期：2006-08-29

基金：教育部科技创新工程重大项目培育资金项目资助 (704900);

Effects of Annealing Technique on Microstructure, Texture and Mechanical Properties of Warm-Rolling AZ31 Sheet

Abstract：

The effects of annealing time, microstructure and texture on the mechanical properties of warm-rolling AZ31 magnesium alloy sheet were investigated when the annealing temperature was 573 K.The results showed that the better mechanical properties of warm-rolling AZ31 magnesium alloy sheet can be achieved when the annealing time is 60 min.This was owing to improved deformed microstructure and weakened (0002) crystal plane orientation during the annealing process.When the annealing time was 120 min, the ductility of warm-rolling AZ31 magnesium alloy sheet became better because of the finer and more uniform equiaxial grains and increased new texture.

Keyword：

AZ31;annealing;microstructure;texture;mechanical properties;

Received： 2006-08-29

镁及其合金是目前最轻的金属结构材料, 具有密度低、比强度和比刚度高、阻尼减震性好、导热性好、电磁屏蔽效果佳、机加工性能优良、零件尺寸稳定、易回收等优点 ^[1] 。常温下镁合金的晶体结构是密排六方 (HCP) , 晶体中只存在着一个可动的滑移系, 因此, 镁合金难于成形 ^[2] 。目前, 大多数镁合金制品都是用铸造特别是压铸方法成形, 而用锻压、轧制、挤压等塑性成形方法加工的镁合金制品很少, 尤其是采用温轧加工方法的更少, 限制了镁合金的应用范围 ^[3,4] 。在室温下, 镁合金的塑性较差, 变形困难, 通过对轧制板材进行退火处理来改变其内部组织, 从而改善和提高其力学性能 ^[5] , 是改善镁板成形性的一个很重要的环节。

(0001) 基面是镁合金原子排列最紧密的晶面, 因此这是镁合金中最基本的滑移系 ^[2] 。研究表明, 轧制过程中镁合金内将形成 (0001) <10ī0>基面织构 ^[6,7] , 而退火工艺对镁合金的组织、织构和力学性能有较大影响 ^[8,9,10] 。本文研究了退火温度为573 K时, 退火时间及组织、织构变化对AZ31镁合金温轧薄板性能的影响。

1 实验

1.1 试验材料

试验所用材料为AZ31镁合金温轧板材, 厚度1.05～1.15 mm, 状态为温轧态 (轧制时板材温度为573 K, 轧辊温度为373 K) 。其化学成分 (质量分数, %) 见表1。

表1 试验用AZ31镁合金化学成分 (%, 质量分数)

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

Elements	Al	Zn	Mn	Si	Cu	Fe	Ni	Mg
Content/%	2.8	1.04	0.321	0.0163	0.0017	0.0025	0.0007	Bal.

1.2 试验方法

对温轧AZ31镁板分两组进行退火试验, 第一组将镁板放入炉温为573 K的热处理炉中保温120 min后空冷; 第二组也放入573 K的炉中, 保温60 min后空冷, 在退火过程中使用氩气保护。在温轧态、退火60 min和退火120 min镁板上分别取边长为24 mm×12 mm的X射线衍射试样, 测量 (0002) 晶面的晶粒取向密度, 并通过计算机自动分析得到试样的极图; 分别切取金相试样, 抛光后使用乙酸苦醇溶液侵蚀, 在NEOPHOT21光学显微镜下进行金相观察, 晶粒度的测量采用截距法, 随机选取10个视场, 测定并计算平均晶粒尺寸; 使用线切割切取拉伸试样, 在MTS810试验机上参照GB/T228-2002进行拉伸试验, 每组取3个试样, 力学性能取每组结果的平均值。

2 结果与讨论

2.1 显微组织与织构的变化

图1为AZ31温轧薄板退火前后横截面的显微组织, 退火温度为573 K, 从图1 (a) 可以看出, 温轧态镁板的显微组织晶粒几乎为等轴晶, 但组织不太均匀, 其平均晶粒尺寸为20 μ。经过退火处理显微组织如图1 (b) 和 (c) 所示, 由图1 (b) 可以看出, 镁合金板材在573 K下保温60 min后, 由于退火时间较短, 晶粒形状变化不大, 位错密度有所降低, 组织变化以回复过程为主, 其变形组织已经得到很大的改善。在573 K下保温120 min后, 由于形变晶粒内部发生了新晶粒的生核和成长过程, 组织变化以再结晶过程为主, AZ31温轧薄板显微组织如图1 (c) 所示, 等轴状的晶粒变得更加细小均匀。随着保温时间的延长, 板材的变形组织消除, 晶粒为分布均匀的等轴状晶粒, 晶粒尺寸也比较稳定, 经金相分析结果表明当退火温度为573 K, 保温时间为120 min时, 将得到平均晶粒尺寸为10 μm左右的细小均匀的组织。

图2为AZ31镁合金温轧薄板 (0002) 面退火前后的基面极图, 从图2 (a) 可以看出, 温轧态的镁板在 (0002) 面呈现较强烈的织构组分, 这与有关文献研究结果相吻合 ^[9,11] 。根据择优成长理论, 无论如何强的织构, 总会有部分不符合织构取向的晶粒存在, 那些与织构轴成特殊角度的晶粒处于最有利长大的地位, 退火过程中, 这些晶粒优先增长, 并吞食掉其周围的晶粒而相互靠拢在一起, 得到具有新的织构的组织 ^[12] 。由图2 (b) 可以看出镁合金板材在573 K下进行退火处理, 保温60 min, 其 (0002) 面硬取向有所减弱。而在573 K下保温120 min的时候, 如图2 (c) 所示, 随着保温时间的延长, 板材的 (0002) 面硬取向进一步减弱, 新的织构组分有了较为明显的增加。

2.2 退火工艺对温轧AZ31镁板力学性能的影响

具有织构的多晶镁合金, 其力学性能受晶粒度与晶粒取向分布函数的综合影响。温轧AZ31镁板退火前后力学性能变化如图3所示, 通过退火处理, AZ31板材的抗拉强度有一定的降低, 而延伸率却有大幅度的提高, 达10%以上, 说明退火起到了软化作用, 材料发生的静态再结晶, 细化了晶粒, 在没有过多牺牲材料强度的情况下, 很好的改善了材料的塑性; 退火120 min和退火60 min的情况相比, 前者的抗拉强度低于后者, 但相差不大, 而屈服强度却有大幅的降低, 相差70 MPa。随退火时间的增长屈服强度下降, 保温60 min能获得较好的综合力学性能, 将保温时间延长至120 min, 延伸率进一步增加至22.6%, 抗拉强度则没有过多的降低。

图1 AZ31温轧薄板退火前后的显微组织 (退火温度 573 K)

Fig.1 Microstructure of AZ31 magnesium sheet during annealing process (annealing temperature 573 K) (a) 0 min; (b) 60 min; (c) 120 min

图2 AZ31温轧薄板 (0002) 面退火前后的基面极图 (退火温度 573 K)

Fig.2 (0002) crystal plane orientation of AZ31 magnesium sheet during annealing process (annealing temperature 573 K) (a) 0 min; (b) 60 min; (c) 120 min

图3 不同退火时间下AZ31镁合金温轧薄板的力学性能

Fig.3 Mechanical properties of warm-rolling AZ31 magnesium alloys sheet at different annealing times

2.3 试验结果分析

镁合金在温轧变形过程中易形成较强的 (0002) 基面织构, 给后续成形带来不利, 因此对镁合金织构的控制具有十分重要的意义 ^[8] 。由以上试验结果可以看出, 退火工艺不同导致的组织、织构变化, 对镁板的力学性能有着十分重要的影响。退火前, 由于形变强化和再结晶等因素的影响, 温轧AZ31镁板的显微组织晶粒几乎为等轴晶, 组织不均匀, 形成了硬取向较强的 (0002) 基面织构, 因此塑性很差。退火处理后, 随着回复、再结晶等过程的发生, 等轴状的晶粒变得更加细小均匀, 织构中 (0002) 面硬取向随着退火时间的延长有所减弱, 直至产生新的织构组分, 有产生新滑移系的现象发生, 明显提高了温轧AZ31镁板的塑性, 改善了其综合性能。