退火處理對(duì)AZ31鎂合金退孿晶的影響

張　榮,雷亞萍,劉健康,要玉宏,陳　建

(西安工業(yè)大學(xué) 材料與化工學(xué)院,西安 710021)

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退火處理對(duì)AZ31鎂合金退孿晶的影響

張榮,雷亞萍,劉健康,要玉宏,陳建

(西安工業(yè)大學(xué) 材料與化工學(xué)院,西安 710021)

摘要：為了研究退孿晶過程中退火處理對(duì)鎂合金組織和力學(xué)性能的影響,以熱軋AZ31鎂合金為研究對(duì)象,對(duì)其在室溫下沿橫向(TD)預(yù)壓縮后進(jìn)行不同的退火工藝再沿垂直方向(ND)方向壓縮會(huì)發(fā)生退孿晶.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：退孿晶的開動(dòng)應(yīng)力為25 MPa,比孿晶形成(48 MPa)小,且退孿晶所需的應(yīng)變比孿晶??；預(yù)壓縮AZ31經(jīng)過合適的退火處理退孿晶的屈服強(qiáng)度提高了約20 MPa；未退火處理的預(yù)壓縮5%試樣在2.5%的應(yīng)變就可以發(fā)生退孿晶,而退火處理的試樣需要在5%的應(yīng)變才可以退孿晶.表明退火處理可以使AZ31在退孿晶過程出現(xiàn)退火硬化現(xiàn)象并且推遲退孿晶的發(fā)生.

關(guān)鍵詞：退孿晶；基面織構(gòu)；偏析；退火硬化

1試驗(yàn)材料與方法

表1　AZ31鎂合金的化學(xué)成分(ωB/%)

為了觀察塑性變形后的微觀組織,采用NEOPHOT-30金相顯微鏡進(jìn)行組織分析.試樣經(jīng)粗磨到細(xì)磨,然后進(jìn)行電解拋光,最后用苦味酸和硝酸酒精腐蝕后即可進(jìn)行組織觀察.初始板材的織構(gòu)利用裝備在掃描電鏡(FEI Quanta 400 F)上的電子背散射衍射(Electron Backscattered Diffractions,EBSD)系統(tǒng)測(cè)定.EBSD試樣采用電解拋光的方法制備,電解液溫度為-30 ℃,電解電壓為25 V,電解時(shí)間為90 s,電解拋光后的試樣立即用酒精沖洗干凈吹干.

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1熱軋態(tài)AZ31的微觀組織

AZ31原始板材400 ℃進(jìn)行軋制后在400 ℃退火4 h后動(dòng)態(tài)再結(jié)晶得以充分進(jìn)行,其組織是由大小不等的再結(jié)晶晶粒組織組成,如圖1所示.

圖1　熱軋退火態(tài)AZ31的微觀組織圖

從圖1(a)中可看出,晶粒尺寸大約30 μm左右并且沒有孿晶,各晶粒顏色基本為紅色或接近于紅色,晶粒的取向基本是一致的.圖1(b)表明熱軋退火后的AZ31板材具有典型的基面織構(gòu)特征.

2.2退火處理對(duì)AZ31鎂合金力學(xué)性能影響

圖2　預(yù)壓縮AZ31鎂合金沿著ND方向的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

表2為PC3.5%,PC5% 進(jìn)行不同退火方案后的屈服強(qiáng)度值.實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示PC3.5%,PC5%的試樣不經(jīng)過退火處理的屈服強(qiáng)度都低于TD壓縮試樣的屈服強(qiáng)度48 MPa,可見退孿晶的開動(dòng)應(yīng)力比孿晶生成要小,這是因?yàn)橥藢\晶不需要形核過程；預(yù)壓縮AZ31鎂合金試樣在退火處理后屈服強(qiáng)度提高了約20 MPa,這一事實(shí)與傳統(tǒng)的觀點(diǎn)退火會(huì)軟化鎂合金的塑性變形有所不同,但是AZ31鎂合金在200 ℃退火20 min就能達(dá)到預(yù)想的結(jié)果；PC5%的試樣在300 ℃退火屈服強(qiáng)度增強(qiáng)了,但相比前兩個(gè)退火方案增強(qiáng)的幅度小,這是因?yàn)?00 ℃退火相對(duì)于200 ℃退火更多消除了變形產(chǎn)生的殘余應(yīng)力,從而改善了材料的塑性；退孿晶的屈服應(yīng)力也會(huì)隨著預(yù)變形量的增加而提高,隨著預(yù)壓縮量的增加,滑移系慢慢啟動(dòng)導(dǎo)致位錯(cuò)密度提高,從而減少孿晶界的移動(dòng),退孿晶的開動(dòng)應(yīng)力提高.

表2　PC3.5%,PC5% 不同退火方案的屈服強(qiáng)度值

2.3退火處理對(duì)AZ31鎂合金組織的影響

圖3(b)是未退火處理的試樣沿著ND方向壓縮2.5%后大量的孿晶已經(jīng)發(fā)生退孿晶了,圖3(c)是沿著ND方向進(jìn)一步壓縮到5%后孿晶幾乎全部消失了.由圖3可見,發(fā)生退孿晶所需的應(yīng)變小于完全孿晶時(shí)的應(yīng)變,這是由于去孿晶不需要形核,其激活應(yīng)力比孿晶的形成要小,所以預(yù)壓縮5%的樣品在塑性變形的初期就可發(fā)生退孿晶.

圖3　未退火處理的PC5%試樣沿著ND方向壓縮的金相組織

圖4為PC5%試樣退火處理后沿著ND方向壓縮不同變形量的金相組織圖.圖4(a)是預(yù)壓縮為5%的金相圖,圖4(b)是170 ℃下退火6 h后200℃下退火8 h的組織,預(yù)壓縮形成的孿晶依然存在.

圖4(c)是沿著ND方向壓縮2.5%的變形量后,依然有大量的孿晶存在,因此只有一部分孿晶發(fā)生退孿晶.

圖4(d)沿著ND方向壓縮至5%后孿晶幾乎全部發(fā)生退孿晶了,僅有一小部分孿晶存在并且孿晶出現(xiàn)變小的趨勢(shì).

未退火處理的預(yù)壓縮試樣在比較小的應(yīng)變就可以發(fā)生退孿晶,而退火處理的試樣需要在大的應(yīng)變才可以退孿晶,這是因?yàn)橥藢\晶主要是依靠孿晶界的遷移而實(shí)現(xiàn)的,退火后溶質(zhì)原子在孿晶的偏析抑制了孿晶界的移動(dòng),所以推遲退孿晶的發(fā)生.

經(jīng)壓縮加退火處理后溶質(zhì)原子(Gd和Zn)會(huì)在全共格的變形孿晶界上均勻有序分布.這種有序分布能對(duì)孿晶界起到釘扎作用.從而可以阻礙孿晶界的移動(dòng),抑制鎂合金變形時(shí)孿晶進(jìn)一步生長變寬,從而提高鎂合金強(qiáng)度.因此也導(dǎo)致了一個(gè)不尋常的伴隨現(xiàn)象：退火處理使合金強(qiáng)化而非導(dǎo)致強(qiáng)度降低.

預(yù)壓縮后的AZ31鎂合金在塑性變形的初期就可以發(fā)生退孿晶.退孿晶所需的應(yīng)變小于完全孿晶時(shí)的應(yīng)變.

圖4　PC5%試樣退火處理后沿著ND方向壓縮的金相組織

3結(jié) 論

1) AZ31鎂合金沿TD方向預(yù)壓縮后產(chǎn)生明顯的孿晶片層結(jié)構(gòu),沿ND壓縮后會(huì)發(fā)生退孿晶且屈服強(qiáng)度低于沿TD方向?qū)\晶生成的屈服強(qiáng)度.

2) 預(yù)壓縮AZ31鎂合金在170 ℃下退火6 h 后200 ℃下退火8 h和在200 ℃退火20 min后退孿晶屈服強(qiáng)度都明顯的提高了,在300 ℃下退火2 h屈服強(qiáng)度提高的幅度降低,而塑性增強(qiáng).

參 考 文 獻(xiàn)：

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(責(zé)任編輯、校對(duì)張超)

Effect of Annealing Treatment on Detwinning of AZ31 Magnesium Alloy

ZHANGRong,LEIYaping,LIUJiankang,YAOYuhong,CHENJian

(School of Materials and Chemical Engineering,Xi’an Technological University,Xi’an 710021,China)

Abstract:In order to study the effect of annealing treatment on the structure and mechanical properties in detwin process,hot rolled AZ31 magnesium alloy is compressed along ND for detwin after pre-compression along TD at room temperature and different annealing treatment.Experiments show:The activation stress of detwinning is 25 MPa,which is smaller than that of twinning (48 MPa),and the strain of detwinning is smaller than that of twinning.The yield strength of pre-compressed AZ31 subjected to annealing is increased by about 20 MPa in detwinning.pre-compressed AZ31 by 5% without annealing treatment needs strain of 2.5% for detwinning,but the sample with annealing treatment needs strain of 5% for detwinning.It shows that annealing treatment causes annealing hardening in detwinning and rewards detwinning.

Key words:detwinning；typical base texture;segregation;annealing hardening

DOI:10.16185/j.jxatu.edu.cn.2016.04.011

收稿日期：2015-11-10

基金資助：國家自然科學(xué)基金(51471123；51171135)；陜西省青年科技新星專項(xiàng)(2013KJXX-61)；陜西省工業(yè)攻關(guān)項(xiàng)目(2012K07-08)

作者簡介：張榮(1990-),女,西安工業(yè)大學(xué)碩士研究生.通訊作者：陳建(1978-),男,西安工業(yè)大學(xué)教授,主要研究方向?yàn)殡娮语@微學(xué)和凝固技術(shù).E-mail:chenjian@xatu.edu.cn.

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:中圖號(hào)：TG113A

文章編號(hào)：1673-9965(2016)04-0317-06