退火处理对AZ31镁合金退孪晶的影响

张　荣,雷亚萍,刘健康,要玉宏,陈　建

(西安工业大学 材料与化工学院,西安 710021)



退火处理对AZ31镁合金退孪晶的影响

张荣,雷亚萍,刘健康,要玉宏,陈建

(西安工业大学 材料与化工学院,西安 710021)

摘要：为了研究退孪晶过程中退火处理对镁合金组织和力学性能的影响,以热轧AZ31镁合金为研究对象,对其在室温下沿横向(TD)预压缩后进行不同的退火工艺再沿垂直方向(ND)方向压缩会发生退孪晶.实验结果表明：退孪晶的开动应力为25 MPa,比孪晶形成(48 MPa)小,且退孪晶所需的应变比孪晶小；预压缩AZ31经过合适的退火处理退孪晶的屈服强度提高了约20 MPa；未退火处理的预压缩5%试样在2.5%的应变就可以发生退孪晶,而退火处理的试样需要在5%的应变才可以退孪晶.表明退火处理可以使AZ31在退孪晶过程出现退火硬化现象并且推迟退孪晶的发生.

关键词：退孪晶；基面织构；偏析；退火硬化

1试验材料与方法

表1　AZ31镁合金的化学成分(ωB/%)

为了观察塑性变形后的微观组织,采用NEOPHOT-30金相显微镜进行组织分析.试样经粗磨到细磨,然后进行电解抛光,最后用苦味酸和硝酸酒精腐蚀后即可进行组织观察.初始板材的织构利用装备在扫描电镜(FEI Quanta 400 F)上的电子背散射衍射(Electron Backscattered Diffractions,EBSD)系统测定.EBSD试样采用电解抛光的方法制备,电解液温度为-30 ℃,电解电压为25 V,电解时间为90 s,电解抛光后的试样立即用酒精冲洗干净吹干.

2实验结果与分析

2.1热轧态AZ31的微观组织

AZ31原始板材400 ℃进行轧制后在400 ℃退火4 h后动态再结晶得以充分进行,其组织是由大小不等的再结晶晶粒组织组成,如图1所示.

图1　热轧退火态AZ31的微观组织图

从图1(a)中可看出,晶粒尺寸大约30 μm左右并且没有孪晶,各晶粒颜色基本为红色或接近于红色,晶粒的取向基本是一致的.图1(b)表明热轧退火后的AZ31板材具有典型的基面织构特征.

2.2退火处理对AZ31镁合金力学性能影响

图2　预压缩AZ31镁合金沿着ND方向的应力-应变曲线

表2为PC3.5%,PC5% 进行不同退火方案后的屈服强度值.实验结果显示PC3.5%,PC5%的试样不经过退火处理的屈服强度都低于TD压缩试样的屈服强度48 MPa,可见退孪晶的开动应力比孪晶生成要小,这是因为退孪晶不需要形核过程；预压缩AZ31镁合金试样在退火处理后屈服强度提高了约20 MPa,这一事实与传统的观点退火会软化镁合金的塑性变形有所不同,但是AZ31镁合金在200 ℃退火20 min就能达到预想的结果；PC5%的试样在300 ℃退火屈服强度增强了,但相比前两个退火方案增强的幅度小,这是因为300 ℃退火相对于200 ℃退火更多消除了变形产生的残余应力,从而改善了材料的塑性；退孪晶的屈服应力也会随着预变形量的增加而提高,随着预压缩量的增加,滑移系慢慢启动导致位错密度提高,从而减少孪晶界的移动,退孪晶的开动应力提高.

表2　PC3.5%,PC5% 不同退火方案的屈服强度值

2.3退火处理对AZ31镁合金组织的影响

图3(b)是未退火处理的试样沿着ND方向压缩2.5%后大量的孪晶已经发生退孪晶了,图3(c)是沿着ND方向进一步压缩到5%后孪晶几乎全部消失了.由图3可见,发生退孪晶所需的应变小于完全孪晶时的应变,这是由于去孪晶不需要形核,其激活应力比孪晶的形成要小,所以预压缩5%的样品在塑性变形的初期就可发生退孪晶.

图3　未退火处理的PC5%试样沿着ND方向压缩的金相组织

图4为PC5%试样退火处理后沿着ND方向压缩不同变形量的金相组织图.图4(a)是预压缩为5%的金相图,图4(b)是170 ℃下退火6 h后200℃下退火8 h的组织,预压缩形成的孪晶依然存在.

图4(c)是沿着ND方向压缩2.5%的变形量后,依然有大量的孪晶存在,因此只有一部分孪晶发生退孪晶.

图4(d)沿着ND方向压缩至5%后孪晶几乎全部发生退孪晶了,仅有一小部分孪晶存在并且孪晶出现变小的趋势.

未退火处理的预压缩试样在比较小的应变就可以发生退孪晶,而退火处理的试样需要在大的应变才可以退孪晶,这是因为退孪晶主要是依靠孪晶界的迁移而实现的,退火后溶质原子在孪晶的偏析抑制了孪晶界的移动,所以推迟退孪晶的发生.

经压缩加退火处理后溶质原子(Gd和Zn)会在全共格的变形孪晶界上均匀有序分布.这种有序分布能对孪晶界起到钉扎作用.从而可以阻碍孪晶界的移动,抑制镁合金变形时孪晶进一步生长变宽,从而提高镁合金强度.因此也导致了一个不寻常的伴随现象：退火处理使合金强化而非导致强度降低.

预压缩后的AZ31镁合金在塑性变形的初期就可以发生退孪晶.退孪晶所需的应变小于完全孪晶时的应变.

图4　PC5%试样退火处理后沿着ND方向压缩的金相组织

3结 论

1) AZ31镁合金沿TD方向预压缩后产生明显的孪晶片层结构,沿ND压缩后会发生退孪晶且屈服强度低于沿TD方向孪晶生成的屈服强度.

2) 预压缩AZ31镁合金在170 ℃下退火6 h 后200 ℃下退火8 h和在200 ℃退火20 min后退孪晶屈服强度都明显的提高了,在300 ℃下退火2 h屈服强度提高的幅度降低,而塑性增强.

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(责任编辑、校对张超)

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

基金资助：国家自然科学基金(51471123；51171135)；陕西省青年科技新星专项(2013KJXX-61)；陕西省工业攻关项目(2012K07-08)

作者简介：张荣(1990-),女,西安工业大学硕士研究生.通讯作者：陈建(1978-),男,西安工业大学教授,主要研究方向为电子显微学和凝固技术.E-mail:chenjian@xatu.edu.cn.

文献标志码:中图号：TG113A

文章编号：1673-9965(2016)04-0317-06