基于ebsd技术的az31镁合金热挤压棒材和薄板织构分析.docxVIP

基于ebsd技术的az31镁合金热挤压棒材和薄板织构分析 镁合金具有低密度、高强度、易回收等优点。近年来，作为一种承受着交通、电子等广泛需求的轻结构材料，它已被广泛应用于汽车、交通、电子等民用产品的领域。变形镁合金通常通过挤压、轧制、锻造等变形方式来改善合金的结构,提高镁合金的性能,但镁合金在变形后会在合金内产生择优取向即织构。大量研究表明,镁合金织构的存在对镁合金的性能有着显著影响。因此,研究镁合金在变形过程中产生的织构,明确织构产生的原因及织构对合金性能的影响,就可以对镁合金的变形加工提供理论依据,达到控制织构的目的,用以改善合金的性能以适应结构件的使用要求。 传统研究织构的方法主要有X射线衍射分析和中子衍射分析,它们得到的是材料宏观上的晶体择优取向的平均结果。而新兴的电子背散射衍射技术(EBSD)能在得到材料宏观择优取向的同时,得到单个晶粒的取向以及相邻晶粒的取向差异,为镁合金织构研究提供一种有力的手段。 目前,关于镁合金棒材和板材在加工过程中织构的演化规律及其对力学性能影响的研究日益增多。尹树明等对AZ31D镁合金挤压棒材的拉压不对称性以及在拉伸和压缩变形过程中的组织演化进行系统研究及分析。汪凌云等对AZ31B板材在加工过程中织构的演变规律以及对板材力学性能各向异性的影响进行了研究。CHINO等对AZ31挤压棒材在不同温度下进行了单向拉伸和压缩实验研究,并以孪生为因素分析拉压不对称性。BOHLEN等通过对6种镁合金板材分别进行3个不同方向(轧向、横向、45?)的单向拉伸性能研究,得出镁合金板材力学性能各向异性的结论,并从织构角度分析其各向异性。由此可见,织构的存在及对力学性能的影响已成为热题。 在此,本文作者以热挤压AZ31镁合金棒材和热轧AZ31镁合金薄板为对象,通过EBSD分析技术,分析在塑性变形过程中形成的织构;通过对挤压棒材的室温单向拉伸和单向压缩性能测试,得出镁合金拉压不对称性的结论,并从织构角度分析其机理;通过对轧制薄板沿3个不同方向的室温单向拉伸实验,研究镁合金的各向异性性能。 1 ebsd织物加工 实验材料为d100 mm的AZ31镁合金铸锭和厚度为0.99 mm的AZ31镁合金轧制薄板,主要成分如表1所列。将铸锭分别挤压成挤压比为6.25?1和25?1的圆棒,挤压工艺参数:挤压筒温度440℃,模具温度410℃。 用电火花切割出铸锭、挤压棒和轧制板上用于测量织构的样品,用AC-2电解液进行电解抛光,在Zeiss Suppa 55场发射扫描电镜上进行EBSD实验,所用EBSD附件为丹麦HKL公司的Channel 5.0。 将挤压比为25?1的棒材加工成标准拉伸、压缩样品,加载方向均为挤压方向;在轧制板材上分别沿着与轧向(RD)成0?,45?和90?的3个方向切割拉伸样品。室温拉伸、压缩实验在Zwick T1-FR020TN.A50型电子万能材料实验机上完成,初始加载速度为0.5mm/min;当材料拉伸至Rp0.2时,加载速度提升为2.5mm/min。 2 结果与分析 2.1 由镁合金组成、编织规律 2.1.1 挤压对织构的影响 图1所示为AZ31镁合金的铸态组织。由图1可看出,铸态镁合金初始取向比较散漫,平均晶粒尺寸为135.58μm。 图2所示为挤压比为6.25?1的平行于挤压方向的组织。由图2可以看出,挤压样品基本上为沿挤压轴向的细长条晶两侧分布的等轴细晶的混晶组织,平均晶粒尺寸为8.28μm,而细晶粒仅为5μm,大晶粒则达到50μm。由此可知,在热挤压过程中出现再结晶。图2(a)的取向成像图则表明,挤压后AZ31镁合金的择优取向,图中每种颜色代表一个晶体学取向,颜色相近则晶粒的取向相近。由图2(b)得知,挤压后大部分晶粒的(0001)基面平行于挤压方向。 图3所示为挤压比为25?1的平行于挤压方向的组织。由图3可看出,挤压样品仍旧为沿细长条晶两侧分布的等轴细晶的混晶组织,平均晶粒尺寸为7.41μm。与挤压比为6.25?1的相比,织构漫散度更小,主要织构的晶粒取向沿挤压方向(ED)的漫散度在0?~15?的范围内,而沿横向(TD)的漫散度则在60?~90?的范围内。 由以上分析可以得出,随着挤压比的增大,镁合金逐渐形成纤维织构,即晶面和1010晶向平行于挤压轴,合金的晶粒得到细化。 图4所示为挤压态镁合金在垂直于挤压方向上的取向极图,其基面织构明显低于与挤压方向平行的截面上的织构(如图3所示)。由此可见,对于挤压变形,大部分晶粒的基面平行于挤压方向,很少有晶粒的基面垂直于挤压方向。 2.1.2 基面织构的形成 图5所示为0.99 mm厚的AZ31镁合金轧制薄板的组织。由图5可看出,此薄板组织为均一的等轴晶,其基本特征为(0001)基面平行于轧板表面,晶向平行于轧向。在{0002}极图中,基面法向沿轧板