初始取向及变形条件对AZ31镁合金压缩塑性行为影响的研究

【摘要】：本文选用具有典型挤压织构的AZ31挤压棒材和具有很强基面织构的商用AZ31热轧板材，设计了七类不同初始取向的样品，取其压缩轴分别与挤压方向（ED）平行和垂直，与板材的法向（ND）成0°、30°、45°、60°和90°。在不同的变形条件下（温度、应变速率）进行准静态单轴、平面应变压缩及动态塑性压缩（DPD），利用电子背散射衍射（EBSD）技术，定量表征变形前后样品微观组织及织构演变的规律，结合晶体塑性模拟，详细分析了初始取向及变形条件对AZ31镁合金屈服行为、加工硬化行为和动态再结晶行为的影响，系统研究镁合金宏观力学性能与微观组织结构之间的关系。 主要得到以下结论： ①利用改进的Taylor模型（ACM）模拟计算AZ31镁合金不同温度下各滑移和孪生系统的CRSS值；利用改进的EBSD取向重构图研究由位错滑移引起的晶粒内部旋转分裂行为。 ②初始取向对流变应力行为的影响与温度密切相关。低温下，初始取向影响孪生和滑移的竞争和协调，从而引起力学性能的各向异性，随着温度升高（250℃以上），孪生不易激活，初始取向影响减弱，流变应力各向异性逐渐消失。通过计算得到0°、30°、45°、60°和90°样品的热变形激活能分别为：146.71KJ/mol、141.88KJ/mol、127.56KJ/mol、137.62KJ/mol和151.37KJ/mol，45°样品的形变激活能最低，这是由于45°样品的初始取向最有利于基面滑移。 ③初始取向影响变形后样品的宏观形貌。不同初始取向的圆柱样品在不同温度下变形，样品宏观形貌表现出明显的差异，即压缩面呈椭圆状，有明显的长径和短径方向，长径比的排序为：0°30°90°45°60°。 ④初始取向对屈服行为及加工硬化行为具有显著影响。初始取向不同，室温下力学性能表现出强烈各向异性，加工硬化行为也呈现出不同特征。研究发现少量初始取向发生{10(?)2}拉伸孪生，即可造成明显的屈服行为发生。加工硬化率曲线第二阶段主要是由{10(?)2}孪生引起的织构强化贡献，这个阶段的应变量长度取决于发生的拉伸孪晶数量。 ⑤Schmid定律可以解释大部分{10(?)2}拉伸孪生变体选择规律，即孪生Schmid因子最大的孪生变体优先发生，从孪生应变张量分析上看，能较好协调沿受力方向应变的变体优先发生。但Schmid定律无法解释所有晶粒中的孪生行为，需要结合晶粒内部的应力状态综合判断。 ⑥对0°和90°样品，进行室温动态塑性变形（DPD），研究发现DPD促进孪生发生，对于0°样品，DPD变形时，观察到{10(?)1}，{10(?)2}以及{10(?)1}-{10(?)2}等孪晶发生，且{10(?)1}-{10(?)2}二次压缩孪生比{10ˉ12}拉伸孪生更严格符合Schmid因子规律；而在慢速下则无明显的孪生行为。对于90°样品，不管是慢速变形还是DPD变形，{10ˉ12}拉伸孪生都是主要的孪生类型，而且拉伸孪生变体选择机制对应变速率不敏感，大都符合Schmid因子规律。但应变速率对拉伸孪生形核和长大之间的竞争有明显影响。DPD下促进孪晶形核，慢速下则有利于孪晶片层生长。此外，在DPD条件下，个别晶粒内部可同时观察到多种孪晶类型共存，包括{10(?)1}，{10(?)2}以及{10(?)1}-{10(?)2}二次压缩孪晶。 ⑦初始取向通过影响变形机制，从而影响动态再结晶进程。350℃下90°样品在变形初始阶段由于柱面滑移大量启动，减弱了应力集中程度，推迟了流变应力峰值的出现，从而延缓了动态再结晶发生的进程。 ⑧应变速率通过影响滑移和孪生的启动来影响动态再结晶机制。0°样品250℃下变形，在应变速率0.001-0.01s~(-1)内，表现出连续动态再结晶、非连续动态再结晶和旋转动态再结晶的特征，在应变速率为1s~(-1)时，表现出旋转动态再结晶和孪生诱发动态再结晶机制的特征；当应变速率达到5s~(-1)时，则表现出孪生诱发动态再结晶机制的特征。 ⑨在变形过程中，由于滑移所引起的晶粒内局部区域的旋转分裂，导致晶内变形带的形成，这些变形带具有严格的方向性，即与晶粒的{0001}面垂直，但与外力轴方向无关。在高温下，可分割细化晶粒，促进连续动态再结晶发生。