初始组织及变形条件对AZ31镁合金热挤压组织和织构演变的影响研究

【摘要】：本文采用光学显微镜(OM)、配备在热场发射扫描电镜(SEM)上的电子背散射衍射(EBSD)技术，并结合X射线衍射(XRD)技术，研究了AZ31镁合金棒材在热挤压变形过程中的微观组织及织构的演变规律；通过实验观察详细讨论了初始组织（初始晶粒尺寸、初始织构）及变形条件（挤压比）对AZ31镁合金热挤压组织和织构的影响，并对初始织构对AZ31镁合金高温单轴拉伸和挤压变形过程中的塑性变形机制和动态再结晶行为的影响进行具体研究；同时研究了不同再结晶体积分数的AZ31镁合金热挤压棒材在退火过程中的微观组织和织构演变。基于实验结果和讨论，得到以下主要结论： ①AZ31镁合金部分再结晶热挤压组织通常是由不同体积分数的细小等轴的再结晶晶粒、长条状的变形晶粒和粗大的再结晶晶粒组成的不均匀组织。这三种不同形貌的晶粒具有明显的取向差异，它们的体积分数共同决定了热挤压织构。长条状的变形晶粒的取向集中在101ˉ0，粗大的再结晶晶粒则在112ˉ0处有所择优。与变形晶粒相比，再结晶晶粒的取向比较漫散。挤压比对AZ31镁合金的热挤压组织和织构有极其重要的影响。随着挤压比的增大，变形晶粒的体积分数降低，再结晶体积分数升高，挤压织构的10ˉ10纤维织构组分的最高强度随之降低。因此，根据挤压条件的不同，AZ31镁合金部分再结晶热挤压棒材的织构一般为两种强纤维织构：101ˉ0晶向平行于挤压方向（ED）的101ˉ0纤维织构或101ˉ0-112ˉ0双纤维织构。挤压比对热挤压组织的动态再结晶晶粒尺寸的影响则比较复杂。随着挤压比的增大，热挤压过程的应变和变形速度增大，使得动态再结晶晶粒尺寸减小；但与此同时，挤压比的增大使得变形热和摩擦热增大，从而使得实际挤压温度升高，动态再结晶晶粒尺寸增大。因此，挤压比对热挤压组织的动态再结晶晶粒尺寸的影响没有定论。热挤压组织的动态再结晶晶粒尺寸取决于挤压变形过程的Z参数。 ②初始晶粒尺寸对AZ31镁合金的热挤压组织和织构有重要的影响。随着初始晶粒尺寸的减小，单位面积内的晶界数量增多，再结晶晶粒的形核位置增多，热挤压组织的再结晶体积分数增大，织构减弱。 ③初始织构对AZ31镁合金热变形过程中的塑性变形机制和动态再结晶行为有显著的影响，进而影响热变形制品的最终组织和织构。 1)初始织构对AZ31镁合金热变形过程中的孪生行为有明显的影响。在300℃单轴拉伸变形过程中，c轴平行于拉伸轴的样品（ND样品）中产生大量的{101ˉ2}拉伸孪晶；c轴与拉伸轴成45°角的样品（ND45样品）中仅有一些{101ˉ2}拉伸孪晶；而c轴垂直于拉伸轴的样品（RD样品）中几乎没有发现{101ˉ2}拉伸孪晶。在300℃挤压变形过程中，在挤压退火(Extruded and Annealed, EA)棒材挤压中断样品中几乎没有孪生，而在轧制退火（Rolled and Annealed, RA）棒材挤压中断样品中{101ˉ2}拉伸孪生非常活跃。 2)初始织构对AZ31镁合金热变形过程中的动态再结晶行为也有明显的影响。在300℃单轴拉伸变形过程中，当c轴平行于拉伸轴时，如ND样品，动态再结晶进程最快。ND样品经过45%拉伸变形后，得到的部分动态再结晶组织的动态再结晶体积分数最高，动态再结晶晶粒的平均晶粒尺寸最小。当c轴与拉伸轴成45°或垂直于拉伸轴时，如ND45或RD样品，动态再结晶进行得相对缓慢，动态再结晶体积分数较低，动态再结晶晶粒的平均晶粒尺寸较大。在300℃挤压变形过程中，与EA棒材相比，RA棒材的动态再结晶在挤压变形初期受到抑制。 3)初始织构在低中应变量下对动态再结晶晶粒的尺寸确实有所影响，但是在大应变量下，变形组织完全动态再结晶后，这种影响将逐渐消失。 4)初始织构对动态再结晶晶粒取向的影响与变形方式有关。在300℃单轴拉伸变形后，不同初始织构的变形样品的再结晶晶粒的取向有明显的差异；而在300℃挤压变形后，不同初始织构的挤压组织的再结晶晶粒的取向基本相同。 ④动态再结晶体积分数决定了热挤压棒材在退火过程中的显微组织和织构演变。部分DRX热挤压棒材在退火过程中发生了特定取向的再结晶晶粒的择优长大现象和织构组分的转变，而完全DRX热挤压棒材在退火过程中只是一个晶粒长大的过程，织构没有明显的变化。 ⑤在AZ31镁合金的热挤压过程中，动态再结晶是一个织构弱化的过程；静态再结晶虽然同样能弱化部分动态再结晶热挤压棒材的织构，但是由于其在退火过程中11ˉ20取向的晶粒的择优长大，织构仍较强。