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        彎軋過(guò)程加熱溫度對(duì)AZ31鎂合金板材的影響

        2018-12-06 01:37:06司文陵司建勛
        現(xiàn)代冶金 2018年5期
        關(guān)鍵詞:心部延伸率再結(jié)晶

        司文陵, 肖 壯, 劉 凱, 司建勛

        (1.商丘學(xué)院應(yīng)用科技學(xué)院,河南 開封 475000; 2.上海阿波羅機(jī)械股份有限公司,上海 201400;3.開封中節(jié)能再生能源有限公司,河南 開封 475100; 4.鄭州富士康科技集團(tuán),河南 鄭州 450019)

        引 言

        鎂合金因其高比強(qiáng)和高比模的組合優(yōu)勢(shì),且具有良好的鑄造性能、優(yōu)異的切削加工性能等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于航空、航天及汽車工業(yè)等領(lǐng)域[1-2]。但因鎂為HCP結(jié)構(gòu),在室溫條件下很難成形,且與晶粒大小及方向有關(guān)的各向異性比較明顯,這些成為增加鎂合金應(yīng)用的一種阻礙,因此國(guó)內(nèi)、外學(xué)者致力于板材成形新工藝的研究,提出了多種提高鎂合金板材室溫塑性的新工藝。黃光勝等人[3]發(fā)現(xiàn)單向多道次彎曲變形可以偏轉(zhuǎn)鎂合金板材基面織構(gòu),改善板材的室溫成形性能;楊續(xù)躍等[4-5]發(fā)現(xiàn)低溫雙向反復(fù)彎曲變形及退火工藝可以通過(guò)細(xì)化晶粒和偏轉(zhuǎn)基面織構(gòu),改善鎂合金板材的室溫延伸率;蔣偉等[6]提出軋制-剪切-連續(xù)彎曲變形新工藝實(shí)現(xiàn)織構(gòu)弱化和晶粒細(xì)化,有利于鎂合金室溫成形;徐春等[7]提出了一種彎曲軋制新工藝弱化了基面織構(gòu),形成了一種梯度組織,提高了鎂合金的延伸率。本文在彎曲軋制工藝基礎(chǔ)上,研究彎軋過(guò)程加熱溫度對(duì)AZ31鎂合金板材顯微組織和力學(xué)性能的影響,為尋找最佳溫度的成形工藝提供依據(jù)。

        1 試驗(yàn)過(guò)程

        1.1 試驗(yàn)材料

        試驗(yàn)所用材料為2.1 mm厚的鑄軋AZ31鎂合金板材,其化學(xué)成分如表1所示。

        表1AZ31鎂合金的化學(xué)成分/%

        w(Al)w(Zn)w(Mn)w(Fe)2.640.660.330.0024w(Si)w(Cu)w(Ni)w(Mg)0.0200.00180.00065余量

        1.2 試驗(yàn)方法

        圖1 四輥異步軋機(jī)

        將4塊原始板材分別加熱至300, 350, 400, 450 ℃,保溫30 min,在如圖1所示的四輥異步軋機(jī)上進(jìn)行彎軋,其試驗(yàn)參數(shù):小輥直徑Φ40 mm,表面溫度為150 ℃,轉(zhuǎn)速32.95 mm/s;大輥直徑為Φ100 mm,表面溫度為250 ℃,轉(zhuǎn)速32.7 mm/s(異速比1∶1.2)。對(duì)原始板材進(jìn)行12道次彎軋,每道次壓下量為0.1 mm,彎軋工藝采用“反復(fù)彎軋”式:先正向彎曲軋制,再反向彎曲軋制,這樣反復(fù)循環(huán),最后道次軋平。軋制中不添加潤(rùn)滑劑,每道次間板材需加熱保溫5 min,彎軋完成后空冷。

        對(duì)原始板材與4塊彎軋板材沿RD截取拉伸試樣,標(biāo)距為40 mm,其尺寸如圖2所示。在CMT5305 微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行常溫單向拉伸實(shí)驗(yàn)。對(duì)鎂合金的室溫塑性進(jìn)行分析。

        圖2 拉伸試樣尺寸(單位:mm)

        對(duì)原始板材和彎軋板材沿RD截取金相試樣,試樣經(jīng)粗磨、精磨、拋光和硝酸乙酸草酸溶液腐蝕,其顯微組織分析在Nikon EPLHOT300型光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行,研究彎軋過(guò)程中加熱溫度對(duì)鎂合金板材上、下部和心部顯微組織的影響。

        2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

        2.1 力學(xué)性能

        圖3為原始板材和彎軋板材共5件試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。從圖3中可以看出,原始板材的常溫延伸率為3%,屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別為130 MPa和240 MPa;彎軋后的板材常溫強(qiáng)度與延伸率相對(duì)于原始板材有所提高,彎軋過(guò)程不同加熱溫度的鎂合金屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別為142和266 MPa、134和276 MPa、127和246 MPa、120和236 MPa,4件試樣抗拉強(qiáng)度相差不大,屈服強(qiáng)度呈降低的趨勢(shì),但經(jīng)過(guò)彎軋后延伸率明顯改善,且在加熱溫度350 ℃和400 ℃時(shí)延伸率達(dá)到最大,幾乎沒(méi)有差別,說(shuō)明加熱溫度影響鎂合金的室溫伸長(zhǎng)率。

        2.2 光學(xué)顯微組織

        圖4為原始板材試樣的顯微組織??梢园l(fā)現(xiàn),原始板材試樣組織主要由大小不均勻的等軸晶粒組成,且其中的小晶粒圍繞在大晶粒的晶界周圍。

        圖5中自上至下分別為AZ31鎂合金板材四種彎軋工藝試樣的上部、心部與下部的顯微組織。加熱溫度影響AZ31鎂合金板材的性能,通過(guò)比較不同加熱溫度的彎軋板材試樣顯微組織,發(fā)現(xiàn)300 ℃時(shí),表面區(qū)域組織為等軸晶中夾雜著異常長(zhǎng)大晶粒,心部由大尺寸晶粒夾雜細(xì)小的晶粒組成,說(shuō)明近表面區(qū)域再結(jié)晶剛開始形成,而心部還沒(méi)有再結(jié)晶,是不完全再結(jié)晶;350℃時(shí),表面區(qū)域大部分為等軸晶,尺寸相對(duì)均勻,含有少量異常長(zhǎng)大晶粒,表明完全再結(jié)晶已經(jīng)發(fā)生了;400 ℃時(shí),近表層和心部區(qū)域的晶?;緸榈容S晶,異常長(zhǎng)大的晶粒較少;450 ℃時(shí),近表層和中部為長(zhǎng)大晶粒夾雜少量細(xì)小晶粒。這主要是因?yàn)榧訜釡囟鹊奶岣?,促進(jìn)了再結(jié)晶的形成,300 ℃時(shí)再結(jié)晶不充分,致使組織形貌變化不大,350 ℃和400 ℃時(shí)再結(jié)晶充分,450 ℃時(shí)進(jìn)一步發(fā)生了再結(jié)晶。

        圖3 5件試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

        圖4 原始板材試樣的顯微組織

        圖5 不同加熱溫度下反復(fù)彎軋板材試樣的顯微組織

        2.3 結(jié)果分析

        材料因加熱溫度的不同導(dǎo)致其再結(jié)晶的能力不同。300 ℃時(shí)不足以使材料產(chǎn)生完全再結(jié)晶,而350 ℃和400 ℃再結(jié)晶比較完全,450 ℃進(jìn)一步發(fā)生了再結(jié)晶。因此這也就是加熱溫度為350 ℃和400 ℃彎軋時(shí),AZ31鎂合金材料綜合性能好的原因。350 ℃和400 ℃時(shí)尺寸較為均勻的等軸晶使鎂合金室溫塑性好,由于等軸晶粒尺寸小,因此晶界強(qiáng)化的效果使強(qiáng)度增大。300 ℃時(shí)雖然發(fā)生了再結(jié)晶但再結(jié)晶程度輕微,且本身存在孿晶組織,導(dǎo)致室溫延伸率較低;450 ℃時(shí)由于異常長(zhǎng)大晶粒的產(chǎn)生,因此強(qiáng)度和室溫延伸率都有所降低。

        3 結(jié)束語(yǔ)

        (1)彎軋后的AZ31鎂合金板材,累積了形變能,其強(qiáng)度與室溫延伸率都得到了改善,屈服強(qiáng)度隨加熱溫度的提高呈現(xiàn)出遞減的趨勢(shì),室溫延伸率最大可達(dá)到原始板材試樣的4倍,但抗拉強(qiáng)度沒(méi)有顯著的改變。表明彎軋工藝可以改善鎂合金室溫塑性。

        (2)彎軋過(guò)程中加熱溫度的不同使AZ31鎂合金板材形成了不同程度的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶,加熱溫度350 ℃和400 ℃時(shí)再結(jié)晶比較充分,有利于鎂合金的室溫成形。

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