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镁及镁合金是迄今在工程应用中最轻的金属结构材料,具有高的比强度、比刚度,尺寸稳定性高,阻尼减震性能好,机械加工方便,尤其易于回收利用,具有环保特性,被誉为“21世纪绿色工程金属结构材料”,在列车、汽车、电子、电器、通讯、航空、航天等领域具有广阔的应用前景。但是由于大多数镁合金为密排六方结构,可开动的滑移系较少,室温塑性变形能力较差,限制了镁合金的推广应用。因此,研究镁合金的塑性变形具有重要的理论意义和应用价值。
目前,镁合金板带材的加工工艺需要多次中间退火,生产流程长、成材率很低,导致其生产能耗大、成本高,使镁合金板带材的发展应用受到一定制约。采用双辊连铸连轧技术可直接从熔体制备出近终形的镁合金薄带坯,可缩短镁合金板带材的加工工艺流程,降低生产成本。然而,有关该合金塑性变形的研究报道还很少。本文采用AZ41和ZK60镁合金为试验材料,以研究双辊铸轧镁合金的塑性变形特点。在变形温度为300℃~400℃,应变速率为0.001s-1~1s-1条件下,采用Thermecmastor-Z热/力模拟试验机对AZ41和ZK60镁合金进行热压缩试验,以研究其流变应力行为;采用金相分析、透射分析和X射线衍射分析等手段研究了合金的组织特点及织构演变。主要结论如下:
1.AZ41镁合金热压缩时,其流变应力受变形温度和应变速率的影响显著。流变应力随着变形温度的升高而减小,随应变速率的增加而增大,流变应力曲线呈现出明显的动态再结晶特征。上述合金的热变形过程是受热激活控制的,其流变应力(σ)与变形温度(T)和应变速率(ε)之间满足双曲正弦关系,可采用Z参数来描述合金在热变形过程中的流变应力行为。Z参数的表达式及合金的流变应力方程分别为:
Z=εexp(15869.09/T)=3.5×108[sinh(0.007σ)]5.4
ln[sinh(ασ)]-0.19·lnε+2938.8·-/T-3.65
2.通过对AZ41镁合金热变形组织进行金相、透射分析,可以看出变形温度和应变速率对其组织均有显著影响,不同温度阶段其变形机制也有所不同。当温度为300℃时,合金组织以剪切带和孪晶为主。应变速率越高,剪切带、孪晶的交错程度越高,其变形方式主要为位错滑移和孪生;温度为350℃时,合金组织整体表现为变形晶粒和再结晶晶粒共存,呈现出典型的“项链”状组织特征。而当温度达到400℃时,合金组织则以再结晶晶粒为主,且晶粒呈现出明显的长大趋势。应变速率越高,再结晶晶粒尺寸越小且混晶程度越高,其变形方式为位错滑移。
3.AZ41镁合金在热压缩变形时产生的织构主要是以基面{0002}平行于板面的基面织构为主,而棱柱面{1010)和锥面{1011}的织构组分较弱。在300℃变形量40%和350℃变形量为50%时,其变形机理主要是基面{0002)的滑移和{1011}孪晶造成了基面向轧制方向转动的双峰织构分布;在400℃变形量为67%时,再结晶使基面板织构加强,即基面{0002}转向与板面平行。
4.ZK60镁合金热压缩时,其流变应力受变形温度和应变速率的影响显著。流变应力应力随着变形温度的升高而减小,随应变速率的增加而增大,流变应力曲线呈现出明显的动态再结晶特征。Z参数的表达式及合金的流变应力方程分别为:
Z=εexp(10568.92)=3.5×108[sinh(0.0067σ)]3.57
ln[sinh(ασ)]=0.28·lnε+2968.8·1/T-5.53
5.通过对ZK60镁合金热变形组织进行金相、透射分析,得出ZK60镁合金在300℃热压缩变形初期,动态再结晶难以发生,流变应力下降是由于孪晶导致的;在400℃热压缩变形初期,晶内发生动态再结晶,导致流变应力下降。