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累积叠轧纯Mg及Mg/Al多层复合板材的组织结构与力学性能

常海  
【摘要】:本文针对镁合金板材的低弹性模量、低强度、较差的耐蚀性等问题,采用累积叠轧技术(ARB)在不同工艺下制备了纯Mg板材,纯Mg/AA5052以及纯Mg/AA1050多层复合板材。采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜等方法,研究了ARB板材的显微组织演变和界面结构;采用中子衍射,EBSD等方法研究了ARB板材中的宏观,微观织构演变规律;并进而探讨了ARB板材的力学性能与组织演变的关系。 对ARB纯Mg板材的研究表明:纯Mg板材晶粒细化主要发生在初始循环中,晶粒并不能随着ARB循环次数的提高而逐步细化,后续ARB循环只能使组织更加均匀。动态再结晶,ARB循环间对板材的重新加热保温是导致ARB过程中纯Mg晶粒细化不明显的主要原因。ARB纯Mg板材织构类型仍然为典型的Mg合金轧制织构,织构强度基本不随ARB循环次数的提高而发生明显改变;结合界面的引入并不能有效改变复合板材织构类型。板材强度基本不随ARB循环次数的提高而发生明显改变。后续变形仍然是改善ARB纯Mg板材界面结合强度的必需手段。 高温下制备的ARB纯Mg/AA5052复合板材中Mg层晶粒尺寸基本不变,Al层晶粒有所细化。ARB过程当中,Al层厚度和Mg层的厚度随着应变量的增加而逐渐降低,界面结合良好。纯Mg/AA5052复合板材中Mg层织构类型为轧制织构,而Al层织构为变形织构组份为主导,剪切以及再结晶织构并存的混合织构类型。三次循环后复合板中Mg层基面织构强度降低以及Al层中变形织构组份强度下降。复合板材的强度随着ARB循环次数的上升而逐渐上升,而经过三次ARB循环的多层复合板材延轧向强度出现明显下降。Mg/Al界面处大量开裂的金属间化合物以及Al层延轧向断开是导致复合板材强度下降的主要原因。 纯Mg/AA1050复合板材在室温ARB过程当中,两组元保持了良好的变形协调性,各金属层保持了较好的连续性,三次循环后复合板材中没有出现明显的“波浪”状结构。复合板材中Mg层晶粒尺寸基本不随应变量的升高发生明显变化,Al层晶粒随着ARB循环次数的上升而逐步细化。三次循环后,Mg/Al界面处形成了厚度为150nm的Mg17Al12层。Mg和Mg17Al12之间存在一种确定的晶体学位相关系: [(1|-)11]_(Mg17Al12)//[01(1|-)0]_(Mg)(110)//(1|-)11]_(Mg17Al12),两者之间以半共格的原子匹配方式结合,结合强度较高,而Al和Mg17Al12之间是否存在位相关系并不明显。随着ARB循环次数的上升,Mg层基面织构强度逐渐上升,Al层逐渐形成以轧制织构为主导,变形织构组份并存的混合织构类型。纯Mg/AA1050复合板材强度随着ARB循环次数的上升而逐渐上升,延伸率则逐渐下降。经过两次ARB循环后,复合板材更多的表现出来单一均匀材料的特性。


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