ZK61鎂合金薄板軋制與組織、織構及性能研究.pdf

1、鎂合金板材軋制工藝的不成熟,如道次變形量小,軋制道次多,中間多次加熱、材料利用低等問題,嚴重制約著鎂合金板材的廣泛應用,因此,探索出高效、高性能、高材料利用率的鎂合金板材軋制工藝,有利于促進變形鎂合金的發(fā)展與應用。本文為此以ZK61鎂合金鑄坯和擠壓坯為研究對象,研究了多道次降溫熱軋工藝及軋制過程中的組織性能演變,以求獲得一條既有利于提高效率又可改善板材綜合性能的軋制工藝路線,并重點研究了軋制溫度和道次變形量對2.0mm以下薄板組織、織構

2、及性能的影響,以尋求制備ZK61鎂合金薄板的熱軋工藝。根據(jù)鎂合金冷變形特點,開拓出小變形量多道次累積冷軋工藝,可以使累積冷變形量達到20-35％,成功制備出了0.4-0.7mm厚性能優(yōu)異、表面質量良好的ZK61鎂合金薄板板材。本文還研究了熱軋和冷軋過程的沉淀析出問題,并深入分析了晶粒尺寸、織構對板材力學性能的影響。
　　ZK61鎂合金24mm厚鑄坯經30%道次變形量6道次連續(xù)降熱軋制獲得了晶粒尺寸7.2μm、延伸率24%、屈服和抗

3、拉強度分別約為208MPa和306MPa的2.0mm鎂合金板材,并完全消除了中間加熱工序,體現(xiàn)了的多道次降溫軋制的高效性。對比20-40%不同道次變形量下的ZK61鎂合金擠壓坯多道次降溫熱軋過程中的組織性能演變,發(fā)現(xiàn)30%道次變形量對擠壓坯熱軋板材的組織性能改善仍具有很好的適用性。系統(tǒng)研究了道次變形量20-50%、軋制溫度160-300℃對2.0mm板材單道次熱軋軋后板材組織性能的影響,得出有利于ZK61鎂合金薄板組織細化和性能優(yōu)化的3

4、0-40%道次最佳變形量區(qū)間及230-250℃最佳溫度區(qū)間,軋后板材組織晶粒細化至約3.2μm且尺寸分布均勻、延伸率穩(wěn)定高于22%、屈服和抗拉強度分別高達222MPa和324MPa。采用40%逐次降溫的熱軋工藝,成功制備出延伸率高達30%的ZK61鎂合金0.7mm厚薄板。隨后探索了小變形多道次累積的冷軋工藝方案,成功制出板厚0.42-0.50mm、表面平整的ZK61細晶鎂合金薄板,板材延伸率穩(wěn)定高于25%、屈服強度高于220MPa、抗拉

5、強度約為280MPa。進一步的180℃2h退火處理消除ZK61鎂合金冷軋薄板的板平面強度各向異性,使得鎂合金薄板板材延伸率進一步升高到了30%以上,對鎂合金沖壓性能的改善有重要意義。
　　對軋制過程中板材組織內Mg-Zn相析出研究表明,300℃以下熱軋易于促進應變誘導沉淀析出,沉淀析出相形態(tài)隨熱軋進行由長桿型(I-type)和短棒型(II-type)為主,逐漸轉變?yōu)橐远贪粜?II-type)和球型(III-type)為主。隨后時效

6、處理顯示,175℃僅需0.5h便達到峰值時效狀態(tài),而通常則需時效10h以上。因此,多道次降溫軋制伴隨沉淀析出,有利于縮短板材生產的整體周期,實現(xiàn)了時效強化和細晶強化同時發(fā)生的效果。
　　板材的力學性能與組織密切相關,晶粒尺寸以Hall-Petch關系式的方式影響著板材的強度。本文研究表明,隨織構狀態(tài)不同,鎂合金中存在著滑移主導的Hall-Petch關系和孿生主導的Hall-Petch關系?？棙嫷母淖円鸹浦鲗У腍all-Petc

7、h關系的斜率k在120-246MPa·μm1/2之間變化,并與Schmid因子m成反比。孿生主導的Hall-Petch關系表現(xiàn)出恒定的k值約為300MPa·μm1/2。板材組織狀態(tài)對板材塑性的影響顯著,晶粒細化對板材拉伸過程中的均勻延伸率影響甚微,主要表現(xiàn)通過提高應變速率敏感指數(shù)改善板材拉伸時的非均勻延伸率?？棙嫚顟B(tài)直接決定著板材的均勻延伸率,表現(xiàn)為隨著垂直于拉伸方向基面織構的減弱均勻延伸率不斷提高?；谟不袨榈难芯勘砻?這種均勻延伸