AZ31镁合金丝材冷拉拔变形与再结晶研究

【摘要】：AZ31镁合金是目前力学性能、塑性成形性等综合性能较好的一种变形镁合金,得到了工业界的广泛重视。但是,密排六方的晶格结构使镁合金的室温塑性很低,很难进行冷塑性加工。 本文采用单道次小变形量、多道次室温拉拔的工艺获取累积大变形量的工艺方法,获得了高达75%的累积冷变形量,解决了AZ31镁合金难以在室温发生大塑性变形的问题,建立了从Φ5和Φ2mm线材拉拔到Φ0.09mm超细丝的冷拉拔工艺。在此过程中,利用光学显微镜(OM)、透射电镜(TEM)、X-射线衍射(XRD)、电子背散射衍射(EBSD)、差热分析(DSC)、维氏显微硬度和常温Instron拉伸等分析测试手段,系统地研究了10～75%变形量内AZ31镁合金微观组织的变化、加工硬化、再结晶及织构演变的基本规律。通过大量实验,获得如下结果: 通过分析累积冷变形量为10～75%的显微组织变化,研究了镁合金的室温大塑性变形机制。冷变形量小于30%时,位错滑移和孪晶为主要变形机制;冷变形量提高到30～40%后,孪晶数量减少且主要以细长条状{10-11}孪晶存在;变形量提高至50～60%后,位错之间以及位错与孪晶之间的相互作用加剧,形变带和细条孪晶逐渐碎化为大量细小的形变晶粒,成为主要的变形协调方式;冷变形量进一步至70%以后,形变带大量碎化,细小的大角度晶粒大量产生。 冷变形量和退火温度对晶粒细化的影响很大。AZ31镁合金的临界冷变形量为12%。大于此变形量且在低于300℃退火时,冷变形量越高,晶粒细化越明显;而在高于350℃退火时,冷变形量越高,越易发生晶粒的异常长大。随冷变形量由10%增加至60%,最低再结晶退火温度逐渐由260～280℃降低至210～220℃。晶粒细化后,相同冷变形量丝材的再结晶温度降低,如晶粒尺寸约为1μm、累积冷变形量为70%的丝材再结晶温度可降低至170℃。在大量实验的基础上,最终建立了AZ31镁合金的冷变形量、再结晶温度和晶粒尺寸三者之间的再结晶图。 随冷变形量的增加和晶粒的细化,丝材拉拔过程中的室温拉伸强度和显微硬度提高得越来越多,加工硬化现象越来越显著。初始晶粒尺寸为9.5μm、变形量为60%的丝材的显微硬度由原始的53.6Hv提高至91.3Hv,屈服强度和抗拉强度高达376MPa和477MPa;晶粒细化至1μm后,冷变形量为70%的丝材显微硬度达到110Hv。随着晶粒的细化,丝材再结晶退火后的力学性能大幅度提高。Φ0.12mm丝材退火后的屈服强度和抗拉强度分别达到了430MPa和467MPa;而晶粒尺寸为1～2μm,丝材直径小于Φ0.5mm的退火丝材的屈服强度、抗拉强度和延伸率可分别稳定在300MPa、400MPa和15%以上,综合力学性能良好。 织构的演变与冷变形量和退火工艺关系密切。形变织构随冷变形量的增加而变化。冷变形量增加至30～40%后,形成典型的冷变形丝织构{0002}10-10平行于拉拔方向,且织构强度随变形量的增加而逐渐增强;变形量增加至60～70%后,丝织构强度略有下降,这是形变带大量碎化后产生的大角度形变晶粒导致的。再结晶退火后,冷变形丝织构又逐渐演变为典型的{0002}11-20平行于拉拔方向的再结晶织构;而再结晶尚不充分时,仍旧表现为{0002}10-10的织构类型,只是织构强度低于退火前的冷变形织构强度。