鎂合金熱軋板材的組織主要由孿晶、切變帶等變形組織及細小的動態(tài)再結(jié)晶晶粒組成。動態(tài)再結(jié)晶是其主要的細化機制。熱軋過程中,溫度、變形量、變形速率等因素將會影響組織形態(tài)與再結(jié)晶的發(fā)生。具體為:高溫促進位錯滑移,增加形核率,可提高再結(jié)晶組織的比例;高應(yīng)變速率使位錯急劇堆積,應(yīng)力集中得不到釋放,抑制動態(tài)再結(jié)晶的形核;大變形量增加位錯密度,促進再結(jié)晶形核。如大應(yīng)變軋制(large strain rolling)就采用了大變形量來獲得更多的細化組織,其晶粒尺寸可達到2μm~3 μm。熱軋板材中孿晶等變形組織經(jīng)過退火后將發(fā)生靜態(tài)再結(jié)晶或回復(fù),轉(zhuǎn)化為更多的等軸晶。
研究表明,熱軋過程中鎂合金將形成強(0002)基面織構(gòu),基本特征為(0002)基面平行于軋面(圖la)。這種織構(gòu)由塑性變形過程中基面滑移、錐面滑移共同造成的,一般隨著軋制道次的增多和板材厚度的減薄,織構(gòu)將逐漸增強,當板材軋制到薄板時,形成較強的基面織構(gòu)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),熱軋時采用大應(yīng)變可以降低織構(gòu)強度,退火也組織構(gòu)有一定的弱化作用。
鎂合金板材冷軋、熱軋時多采用恒定的溫度,楊平[22]等人利用道次間溫度的下降,結(jié)合退火,進行了降溫軋制。軋制過程中,首階段溫度較高,退火次數(shù)少且時間短,采用大壓下量降低板材厚度。隨著軋制的進行,板材溫度下降,采用較小的壓下量,延長退火時間,利用靜態(tài)再結(jié)晶和回復(fù)細化組織。經(jīng)試驗,通過該種軋制方法可以制成0.3 mm厚度的薄板,且平均晶粒尺寸可達到7μm。
降溫軋制開始階段由于溫度較高,加之具有較大的變形量,因而組織中主要發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶,生成了大量等軸小晶粒,尺寸約4μm,見圖3a。圖3c、c、g顯示,隨著軋制溫度的下降,動態(tài)再結(jié)晶組織成分開始減少,孿晶及切變帶開始增多,其中切變帶起到了細化組織的作用[23]:切變帶內(nèi)含有大量細?。▉啠┚Я?,其尺寸不到1μm。這些組織在退火后可長大為較均勻的細小再結(jié)晶組織,再進行軋制又能形成擴展的切變帶。反復(fù)軋制、退火可形成較大范圍的切變帶區(qū),終退火后形成大范圍細晶區(qū)。圖3b、d、f、h顯示,退火使組織發(fā)生靜態(tài)再結(jié)晶及晶?;貜?fù),消除了缺陷和變形組織,使組織更加均勻。
降溫軋制由于一直處于熱軋、溫軋范圍內(nèi)(400℃~160℃),室溫,因此織構(gòu)并未出現(xiàn)冷軋時繞TD傾轉(zhuǎn)的雙峰基面織構(gòu)形狀。如圖4所示,軋制后及退火后均為強基面織構(gòu),與其他熱軋鎂合金強基面織構(gòu)相似。
通過軋制、擠壓等加工方式可以消除鎂合金的鑄造缺陷并顯著細化晶粒等,使其具有更高的力學(xué)性能。與在室溫軋制相比,低溫軋制(-196℃)的純鈦、純銅、純鋁等板材可形成超細晶結(jié)構(gòu),使其具有的強度和延展性。然而,迄今為止,對鎂合金低溫軋制的相關(guān)研究仍然較少,并且尚未深入研究鎂合金室溫軋制和低溫軋制的顯微組織差異。
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