擠壓態(tài)AZ31鎂合金溫?zé)崂煨阅艿母飨虍愋?/h1>
2017-03-02 02:40:48吳國(guó)華周慧子王瑞雪張士宏
中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào) 2017年1期
吳國(guó)華，肖 寒，周慧子，王瑞雪，程 明，張士宏
(1. 昆明理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，昆明 650093；2. 中國(guó)科學(xué)院 金屬研究所，沈陽 110016)
擠壓態(tài)AZ31鎂合金溫?zé)崂煨阅艿母飨虍愋?/p>
吳國(guó)華1，肖 寒1，周慧子1，王瑞雪2，程 明2，張士宏2
(1. 昆明理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，昆明 650093；2. 中國(guó)科學(xué)院 金屬研究所，沈陽 110016)
采用單向拉伸實(shí)驗(yàn)研究溫?zé)釛l件下擠壓態(tài)AZ31鎂合金板材5個(gè)不同方向的力學(xué)性能、顯微組織、斷口形貌。結(jié)果表明：擠壓態(tài)鎂合金力學(xué)性能具有明顯的各向異性，170 ℃時(shí)，各向異性最明顯，隨著拉伸方向與擠壓方向所呈角度的增大，抗拉強(qiáng)度從217 MPa增大到271 MPa，屈服強(qiáng)度卻從174 MPa減小到71 MPa。鎂合金在溫?zé)釛l件下變形機(jī)制為拉伸孿生、壓縮孿生和{0001}基面〈a〉滑移；沿著不同角度拉伸時(shí)，變形機(jī)制有所不同。拉伸方向與擠壓方向的角度小于45°時(shí)，擠壓態(tài)鎂合金表現(xiàn)為微孔聚集型的韌性斷裂；且隨著角度的增大，表現(xiàn)為韌-脆混合斷裂，其中角度為67.5°時(shí)，鎂合金以解理方式斷裂。
鎂合金；溫?zé)崂煨阅?；孿生；斷裂機(jī)制；各向異性
鎂合金具有低密度、高強(qiáng)度、電磁屏蔽效果優(yōu)良及易回收等優(yōu)點(diǎn)，常被作為輕量化結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用于汽車、交通、電子等行業(yè)[1-2]。然而，鎂合金為密排六方金屬結(jié)構(gòu)，在室溫下滑移系較少，塑性較差，導(dǎo)致加工困難。鎂合金常見的滑移系有[3]：〉基面〈a〉滑移，〉柱面〈a〉滑移，錐面〈a〉滑移和〉錐面〈c+a〉滑移，除了滑移，孿生是鎂合金另一種常見的變形機(jī)制。目前，對(duì)鎂合金各向異性的研究日益增多，研究者們深入研究織構(gòu)對(duì)鎂合金力學(xué)性能的影響[4-7]。CHINO等[8]利用擠壓棒材，研究室溫和400 ℃時(shí)AZ31鎂合金的拉伸和壓縮非對(duì)稱性能，表明拉伸孿生發(fā)生于沿垂直c軸壓縮時(shí)，并受晶粒細(xì)化影響；李樹梅等[9]在100 ℃下對(duì)鎂合金軋板進(jìn)行單向壓縮實(shí)驗(yàn)，研究了其動(dòng)態(tài)再結(jié)晶現(xiàn)象；黃洪濤等[10-11]在150 ℃下沿RD、TD對(duì)軋制鎂合金板材進(jìn)行單向壓縮試驗(yàn)，研究了不同方向的壓縮變形機(jī)制；婁超等[12]研究了軋板室溫下動(dòng)態(tài)塑性變形，發(fā)現(xiàn)鎂合金初始變形以孿生主導(dǎo)，后期以位錯(cuò)滑移為主導(dǎo)；唐偉琴等[13]研究了鎂合金擠壓棒材的拉壓不對(duì)稱性，表明沿{0001}基面方向壓縮容易產(chǎn)生孿生；肖寒等[14]利用EBSD技術(shù)研究鎂合金型材在彎曲前后織構(gòu)的演變規(guī)律，指出彎曲成形使鎂合金線織構(gòu)削弱，拉伸孿晶減少。
以往的這些研究主要以軋制態(tài)板材為研究對(duì)象，主要集中在鎂合金單一方向的壓縮上，對(duì)擠壓態(tài)板材各向異性的研究鮮有報(bào)導(dǎo)，而鎂合金具有極強(qiáng)的各向異性，不同的變形機(jī)制會(huì)產(chǎn)生不同的形變儲(chǔ)存能，從而影響再結(jié)晶。因此，鎂合金擠壓板材的不同取樣角度會(huì)影響拉伸變形行為，目前關(guān)于這個(gè)問題并未進(jìn)行深入研究。本文作者在擠壓態(tài)鎂合金板材上切取5個(gè)不同方向的試樣，研究其在溫?zé)釛l件下的力學(xué)性能，并分析取樣角度對(duì)變形機(jī)制的影響。
1 實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)材料為商用AZ31鎂合金擠壓板材，其成分見表1。利用線切割切取與擠壓方向成擠壓方向0°(Extrusion direction，ED)、22.5°、45°、67.5°、橫向90°(Transverse direction，TD)這5組不同角度的試樣，然后利用數(shù)控機(jī)床加工成板料拉伸試樣，并打磨其表面，厚度控制在3.2 mm，最終加工成的試樣如圖1所示。
熱拉伸實(shí)驗(yàn)在Gleeble-3800型熱模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，以5 ℃/s加熱速度加熱到設(shè)定溫度，保溫時(shí)間3 min，拉伸速度選擇1 mm/s，實(shí)驗(yàn)溫度為25、120、170、210、250 ℃。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果測(cè)定的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，分析擠壓態(tài)鎂合金的力學(xué)性能。在拉伸斷口附近區(qū)域取樣經(jīng)過研磨和機(jī)械拋光，然后利用光學(xué)金相顯微鏡對(duì)拉伸后的顯微組織進(jìn)行觀察，利用掃描電鏡觀察斷口形貌特征并分析斷裂機(jī)理。
表1 實(shí)驗(yàn)材料的化學(xué)成分Table 1 Chemical composition of specimens used in experiment (mass fraction, %)
圖1 拉伸試樣幾何尺寸Fig. 1 Geometry of tensile test specimens (Unit: mm)
2 結(jié)果與討論
2.1 溫?zé)釛l件下擠壓態(tài)鎂合金的力學(xué)性能
圖2所示為擠壓態(tài)AZ31鎂合金板材在室溫和170℃時(shí)不同取樣角度試樣的真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線。由圖2 (a)可以看出，在室溫(Room temperature，RT)下斷裂應(yīng)變值隨取樣角度的增加而增大，從ED試樣的0.12增大到TD試樣的0.42，增大3.5倍；抗拉強(qiáng)度隨取樣角度增加從300 MPa增加到317 MPa，增大5.7%；屈服強(qiáng)度卻隨取樣角度增加而下降，從ED試樣的176 MPa下降到TD試樣的73 MPa，降幅超過58%。圖2(b)所示為170 ℃時(shí)應(yīng)力應(yīng)變隨取樣角度的變化規(guī)律：隨著取樣角度增大，應(yīng)變和抗拉強(qiáng)度均勻地增加，應(yīng)變從ED試樣的0.16增加到TD試樣的0.48；抗拉強(qiáng)度從ED試樣的217 MPa增加到TD試樣的271 MPa；但屈服強(qiáng)度卻從ED試樣的174 MPa下降到TD試樣的71 MPa，降幅超過59%。
圖2 不同溫度下擠壓態(tài)AZ31鎂合金板材不同取樣角的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig. 2 Tensile stress-strain curves of AZ31 magnesium alloy with different sampling angles extruded at different temperatures: (a) RT; (b) 170 ℃
綜合圖2(a)和(b)可以看出，擠壓態(tài)AZ31鎂合金在中低溫下有著明顯的各向異性，這是由于擠壓態(tài)鎂合金有著兩種織構(gòu)：一種為c軸與板材法線(Normal direction，ND)平行的基面織構(gòu)，所占比例較大；另一種為c軸平行于TD方向的柱面織構(gòu)[15]，如原始板材ND和TD的反極圖所示(見圖3(a)和(c))。而在溫度較低時(shí)，鎂合金可參加變形的滑移系較少[16]，塑性變形機(jī)制為基面〈a〉滑移，{102}拉伸孿生以及{101}壓縮孿生。對(duì)于ED試樣，拉伸方向與c軸夾角為90°，基面滑移的Schmid因子為0，難以啟動(dòng)基面滑移，只能依靠{101}〈10〉壓縮孿生，但是{101}孿生所需的臨界切應(yīng)力(CRSS)較高，在76～153 MPa[9]，因此，ED試樣抗拉強(qiáng)度最低，但屈服卻最高。對(duì)于TD試樣，雖然Schmid因子為0，但c軸平行TD取向的晶粒很容易產(chǎn)生{102}拉伸孿晶，而產(chǎn)生此拉伸孿晶的CRSS值很低，只需要2～2.8 MPa[17]，并且拉伸孿生可以使晶粒取向發(fā)生一定旋轉(zhuǎn)，使晶粒取向利于基面滑移，從而讓拉伸孿生和基面滑移交替進(jìn)行，因此，TD試樣的斷裂應(yīng)變值高于ED試樣的，屈服強(qiáng)度卻最低，除此之外拉伸孿生還可以阻礙位錯(cuò)的移動(dòng)，使得TD試樣的抗拉強(qiáng)度提高。對(duì)介于ED和TD之間的某個(gè)取樣角度，總有一個(gè)拉伸方向與晶粒(少量c軸平行于TD)的c軸夾角呈45°，Schmid因子為0.5，易產(chǎn)生基面滑移，而基面滑移的CRSS值為42 MPa[7]，因此，屈服強(qiáng)度介于ED和TD試樣之間。這與BARNETT等[18]關(guān)于c軸與拉伸夾角介于35°和75°之間時(shí)，{0001}基面〈a〉滑移是主要變形機(jī)制的論述相吻合。
圖3 板材法向、擠壓方向和橫向的反極圖Fig. 3 Inverse pole figures of sheets along ND (a), ED (b) and TD (c)
圖4所示為AZ31擠壓態(tài)鎂合金在不同溫度下抗拉強(qiáng)度隨取樣角度變化規(guī)律。由圖4可以看出，擠壓態(tài)鎂合金的抗拉強(qiáng)度隨著取樣角度的增大而增大，從室溫到120 ℃，鎂合金的抗拉強(qiáng)度下降很慢；170 ℃以后，鎂合金的抗拉強(qiáng)度下降很快；250 ℃以后，鎂合金的抗拉強(qiáng)度降低為室溫時(shí)的一半，這表明了170℃以上是適合鎂合金的塑性加工溫度，但溫度越高，越容易發(fā)生氧化，故鎂合金的溫?zé)峒庸みm合的溫度范圍是170～250 ℃。120 ℃時(shí)，ED和TD試樣的抗拉強(qiáng)度差Δσ為25 MPa左右，在170 ℃時(shí)，這一差值被迅速提高到54 MPa，隨著溫度的繼續(xù)升高，Δσ反而開始降低，250 ℃以上時(shí)，各向性能變化微乎其微。這表明了170 ℃時(shí)鎂合金的各向異性最明顯，由于溫度升高，再結(jié)晶更加容易，將削弱變形機(jī)制對(duì)各向異性的影響。
圖4 板材取樣角度對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響Fig. 4 Influence of sampling angle on tensile strength of sheet
2.2 顯微組織分析
圖5(a)所示為擠壓AZ31態(tài)鎂合金板材初始的組織，由粗大的等軸動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒組成，但晶粒大小分布不均勻。圖5(b)～(f)所示為在170 ℃下不同取樣角試樣的拉伸斷口附近金相照片，箭頭方向?yàn)槔旆较颉Ｓ蓤D5可以看出，沿不同方向拉伸均出現(xiàn)了條帶狀的孿晶，孿晶從晶界處尤其是三叉晶界處開始形核并長(zhǎng)大，但各圖中孿晶的方向并不一致，這是由于晶粒取向的關(guān)系。當(dāng)晶體在應(yīng)力的作用下發(fā)生變形時(shí)，變形部分會(huì)沿著一定的晶面(孿生面)和一定的晶向(孿生方向)相對(duì)于另一部分做均勻切變，這種切變不會(huì)改變點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)但會(huì)使變形部分的晶粒取向發(fā)生改變，從而利于變形的進(jìn)行。45°試樣較其他幾個(gè)角度的試樣，孿晶的比例較小，這表明45°試樣塑性變形機(jī)制除了少量的孿生，更多的是滑移，這使得45°試樣的斷后伸長(zhǎng)率達(dá)到最大(44.5%)。圖5(e)和(f)中有著明顯的交叉孿晶，多發(fā)生在較大的晶粒中，且貫穿整個(gè)晶粒，并有多條孿晶帶互相平行，這表明了鎂合金可以通過孿晶以及交叉孿晶來細(xì)化晶粒，導(dǎo)致急劇的加工硬化，提高強(qiáng)度和斷裂應(yīng)變值，因此，ED試樣的斷裂應(yīng)變值最低，如圖2(b)中67.5°和TD試樣應(yīng)力-應(yīng)變曲線。孿晶界面的快速遷移和交叉主要發(fā)生在變形后期[19]，這對(duì)鎂合金的塑性變形能力有著重要的影響。ED試樣和TD試樣出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶要明顯多于其他幾個(gè)角度的試樣，且優(yōu)先生長(zhǎng)在晶界和孿生交叉處(見圖5 (b)和(f)圓圈內(nèi)所示)。這是由于ED和TD試樣拉伸時(shí)，易于產(chǎn)生壓縮孿晶和拉伸孿晶，其界面更容易旋轉(zhuǎn)，使晶粒更易于向?qū)\晶取向轉(zhuǎn)動(dòng)，因此，孿生多的晶粒里形變儲(chǔ)存能很小，不易達(dá)到形核的臨界驅(qū)動(dòng)力；而在晶界和孿生交叉處有很大的應(yīng)力集中區(qū)，有著很大的形變儲(chǔ)存能，為動(dòng)態(tài)再結(jié)晶提供了足夠的形核驅(qū)動(dòng)力[20]。因此，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生在一定程度上提高金屬的塑性，使得金屬的斷裂應(yīng)變值增加。
圖5 170 ℃下擠壓鎂合金板材不同取樣角試樣斷口金相照片F(xiàn)ig. 5 Fractures metallographies of magnesium alloy with different sampling angles extruded at temperature of 170 ℃: (a) Original; (b) ED; (c) 22.5°; (d) 45°; (e) 67.5°; (f) TD
2.3 斷口分析
圖6所示為170 ℃下沿不同取樣角拉伸斷口宏觀形貌。由圖6可知，1、2、3、5號(hào)試樣均出現(xiàn)不同程度縮頸，其中3號(hào)試樣縮頸最大，且縮頸區(qū)域周圍出現(xiàn)了明顯的起皺變形，這是由于晶粒內(nèi)部變形的不均勻，說明斷前發(fā)生了劇烈的塑性變形。4號(hào)試樣斷口平齊，無明顯縮頸，說明67.5°試樣為脆性斷裂，斷后伸長(zhǎng)率只有12.5%，為5組試樣中最低的一組。其它幾組試樣的斷后伸長(zhǎng)率見表2。雖然67.5°和TD試樣的斷后伸長(zhǎng)率不及45°試樣，但其斷裂應(yīng)變值仍大于45°試樣(見圖2(b))，這說明67.5°和TD試樣的變形在標(biāo)距外也有發(fā)生，同時(shí)也說明了拉伸孿生促進(jìn)滑移的產(chǎn)生和加工硬化的形成。
圖6 170 ℃下不同取樣角度樣的拉伸斷裂宏觀形貌Fig. 6 Macro-morphologies of tensile fracture of different angle specimens at temperature of 170 ℃
圖7(a)～(f)所示分別為ED、22.5°、45°、67.5°、TD試樣在170℃下拉伸試驗(yàn)后的斷口形貌掃描照片。圖7 (a)～(c)出現(xiàn)明顯微孔聚合型的等軸韌窩，且韌窩較大，屬于典型的韌性斷裂；圖7 (d)呈現(xiàn)明顯的河流花樣并伴有撕裂棱，屬于典型的解理斷裂；圖7 (f)的剪切唇與韌窩都被拉長(zhǎng)，伴有解理臺(tái)階，說明斷裂前發(fā)生了滑移，屬于韌-脆斷裂的混合機(jī)制。結(jié)果表明：擠壓態(tài)鎂合金沿?cái)D壓方向45°范圍以內(nèi)拉伸，韌性都較好，尤其是與擠壓方向呈45°拉伸時(shí)，斷口韌窩最大(見圖7(c))，塑性最好，這與45°試樣的斷后伸長(zhǎng)率最大相一致；拉伸方向與擠壓方向大于45°時(shí)伴有解理斷裂，在67.5°時(shí)呈完全解理斷裂。這是由于45°以后，交叉孿晶發(fā)生越來越多，會(huì)阻礙滑移的進(jìn)行，造成位錯(cuò)塞積，應(yīng)力集中，導(dǎo)致脆性斷裂；在接近TD方向，由于動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的增多，緩解了部分應(yīng)力集中，導(dǎo)致了韌-脆混合斷裂機(jī)制。
表2 不同取樣角試樣的斷后伸長(zhǎng)率Table 2 Break elongation of different sampling angle specimens after fracture
圖7 170 ℃下擠壓鎂合金板材不同取樣角的拉伸斷口形貌Fig. 7 Tensile fracture morphologies of Mg alloy sheet with different sampling angles extruded at 170 ℃: (a) ED; (b) 22.5°; (c) 45°; (d) 67.5°; (e) TD
3 結(jié)論
1) 擠壓態(tài)AZ31鎂合金力學(xué)性能有顯著各向異性，170 ℃時(shí)各向異性最明顯，隨著拉伸方向與擠壓方向所呈角度的增大，抗拉強(qiáng)度逐漸增大，屈服強(qiáng)度逐漸減小。
2) 擠壓態(tài)AZ31鎂合金在溫?zé)釛l件下拉伸變形，不同取樣方向的變形機(jī)制不同，導(dǎo)致斷裂應(yīng)變值隨著拉伸方向與擠壓方向所呈角度的增大而增大。
3) 擠壓態(tài)AZ31鎂合金在溫?zé)釛l件下拉伸方向與擠壓方向所呈角度在45°以內(nèi)時(shí)，擠壓態(tài)鎂合金表現(xiàn)為微孔聚集型的韌性斷裂，伴隨著角度的增大，表現(xiàn)為韌-脆混合斷裂，其中67.5°時(shí)以解理方式斷裂。
REFERENCES
[1] LEE S, CHEN Y H, WANG J Y. Isothermal sheet metal formability of magnesium alloy AZ31 and AZ61[J]. Journal of Materials Processing Technology, 2002, 124(1/2): 19-24.
[2] 張士宏, 程 明, 王忠堂, 劉勁松. 有色金屬板材若干溫?zé)峒庸こ尚渭夹g(shù)的發(fā)展[J]. 鍛壓技術(shù), 2009, 34(4): 1-9. ZHANG Shi-hong, CHENG Ming, WANG Zhong-tang, LIU Jin-song. Development of warm forming processes for nonferrous alloy sheets[J]. Forging & Stamping Technology, 2009, 34(4): 1-9.
[3] AGNEW S R, DUYGULU O. Plastic anisotropy and the role of non-basal slip in magnesium alloy AZ31B[J]. International Journal of Plasticity, 2005, 21: 1161-1193.
[4] HUANG Guang-sheng, ZHANG Hua, GAO Xiao-yu, SONG Bo, ZHANG Lei. Forming limit of textured AZ31B magnesium alloy sheet at different temperatures[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2011, 21(4): 836-843.
[5] STEINER M A, BHATTACHARYYA J J, AGNEW S R. The origin and enhancement of {0001}〈110〉 texture during heat treatment of rolled AZ31B magnesium alloys[J]. Acta Materialia, 2015, 95: 443-455.
[6] BOHLEN J, NURNBERG M R, SENN J W, LETZIG D, AGNEW S R. The texture and anisotropy of magnesium-zinc-rare earth alloy sheets[J]. Acta Materialia, 2007, 55: 2101-2112.
[7] STANFORD N, GENG J, CHUN Y B, DAVIES C H J, NIE J F, BARNETT M R. Effect of plate-shaped particle distributions on the deformation behaviour of magnesium alloy AZ91 in tension and compression[J]. Acta Materialia, 2012, 60: 218-228.
[8] CHINO Y, KIMURA K, HAKAMADA M, MABUCHI M. Mechanical anisotropy due to twinning in an extruded AZ31 Mg alloy[J]. Mater Sci Eng A, 2008, 485(1/2): 311-317.
[9] 李樹梅, 汪明樸, 張 真, 李 周, 唐 寧. AZ31B鎂合金的低溫壓縮變形機(jī)制[J]. 中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào), 2010, 20(7): 1254-1259. LI Shu-mei, WANG Ming-pu, ZHANG Zhen, LI Zhou, TANG Ning. Compression mechanism of AZ31B Mg alloy at low temperature[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2010, 20(7): 1254-1259.
[10] 黃洪濤, 劉 偉, GODFREY A, 唐瑞鶴, 劉 慶. AZ31鎂合金單軸壓縮中孿生行為研究[J]. 金屬學(xué)報(bào), 2012, 48(3): 357-362. HUANG Hong-tao, LIU Wei, GODFREY A, TANG Rui-he, LIU Qing. Study of twin behavior during uniaxial compression of AZ31 magnesium alloy[J]. Acta Metallurgica Sinica, 2012, 48(3): 357-362.
[11] 黃洪濤, GODFREY A, 劉 偉, 唐瑞鶴, 劉 慶. 樣品取向?qū)Z31鎂合金靜態(tài)再結(jié)晶行為的影響[J]. 金屬學(xué)報(bào), 2012, 48(8): 915-921. HUANG Hong-tao, GODFREY A, LIU Wei, TANG Rui-he, LIU Qing. Effect of sample orientation on static recrystallization of AZ31 magnesium alloy[J]. Acta Metallurgica Sinica, 2012, 48(8): 915-921.
[12] 婁 超, 張喜燕, 任 毅. 動(dòng)態(tài)塑性變形下AZ31鎂合金的孿生特征[J]. 中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào), 2015, 25(10): 2642-2648. LOU Chao, ZHANG Xi-yan, REN Yi. Twinning characteristic of AZ31 magnesium alloy during dynamic plastic deformation[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2015, 25(10): 2642-2648.
[13] 唐偉琴, 張少睿, 范曉慧, 李大永, 彭穎紅. AZ31鎂合金的織構(gòu)對(duì)其力學(xué)性能的影響[J]. 中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào), 2010, 20(3): 371-376. TANG Wei-qin, ZHANG Shao-rui, FAN Xiao-hui, LI Da-yong, PENG Ying-hong. Texture and its effect on mechanical properties of AZ31 magnesium alloy[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2010, 20(3): 372-377.
[14] 肖 寒, 宋廣勝, 嚴(yán) 操, 張士宏, 阮立群, 張興國(guó). 溫?zé)釓澢尚芜^程中 AZ31鎂合金型材的微觀織構(gòu)演變[J]. 中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào), 2011, 21(8): 1815-1819. XIAO Han, SONG Guang-sheng, YAN Cao, ZHANG Shi-hong, RUAN Li-qun, ZHANG Xing-guo. Microtexture evolution of AZ31 magnesium alloy profile during warm bending process[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2011, 21(8): 1815-1819.
[15] 余 琨, 芮守泰. AZ31鎂合金擠壓薄板織構(gòu)及力學(xué)各向異性[J]. 中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào), 2008, 18(12): 2127-2131. YU Kun, RUI Shou-tai. Texture and mechanical anisotropy of AZ31 extruded sheets[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2008, 18(12): 2127-2131.
[16] 黃光勝, 黃光杰, 王凌云, 潘復(fù)生. 變形鎂合金塑性的改善[J].材料導(dǎo)報(bào), 2006, 20(1): 39-41.HUANG Guang-sheng, HUANG Guang-jie, WANG Ling-yun, PAN Fu-sheng. Ductility enhancement of wrought magnesium alloys[J]. Materials Review, 2006, 20(1): 39-41.
[17] 劉 慶. 鎂合金塑性變形機(jī)理研究進(jìn)展[J]. 金屬學(xué)報(bào), 2010, 46(11): 1458-1472. LIU Qing. Research progress on plastic deformation mechanism of Mg alloys[J]. Acta Metallurgica Sinica, 2010, 46(11): 1458-1472.
[18] BARNETT M R, KESHAVARZ Z, BEER A G, MA X. Schmid behaviour during secondary twinning in a polycrystalline magnesium alloy[J]. Acta Materialia, 2008, 56: 5-15.
[19] 楊續(xù)躍, 張 雷. 鎂合金溫變形過程中的孿生及孿晶交叉[J].金屬學(xué)報(bào), 2009, 45(11): 1303-1308. YANG Xu-yue, ZHANG Lei. Twinning and twin intersection in AZ31 Mg alloy during warm deformation[J]. Acta Metallurgica Sinica, 2009, 45(11): 1303-1308.
[20] 李 蕭, 楊 平, 孟 利, 催鳳娥. AZ31鎂合金中拉伸孿晶靜態(tài)再結(jié)晶的分析[J]. 金屬學(xué)報(bào), 2010, 46(2): 147-154. LI Xiao, YANG Ping, MENG Li, CUI Feng-e. Analysis of the static recrystallization at tension twins in AZ31 magnesium alloy[J]. Acta Metallurgica Sinica, 2010, 46(2): 147-154.
Anisotropy of warm-temperature tensile properties of extruded AZ31 magnesium alloy
WU Guo-hua1, XIAO Han1, ZHOU Hui-zi1, WANG Rui-xue2, CHENG Ming2, ZHANG Shi-hong2
(1. Faculty of Materials Science and Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650093, China; 2. Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China)
The tensile properties, microstructure, appearance of fracture in five different planar directions of extruded AZ31 magnesium alloy sheets at the warm-temperature were investigated by uniaxial compression test. The results indicate that the extruded magnesium alloy sheets show high anisotropy, and the most obvious anisotropic temperature is 170 ℃. With the increase of the angle between tensile direction and extrusion direction, the tensile strength increases from 217 MPa to 271 MPa, and the yield strength decreases from 174 MPa to 71 MPa. There are three deformation mechanisms of magnesium alloys at warm-temperature, which include {102} extension twinning,{101}compression twinning and base slip. The deformation mechanism is different at different stretching angles. When the angle between tensile direction and extrusion direction is less than 45°, the fracture mechanism of magnesium alloy is micropore aggregation fracture. With the increase of angle, it is the mixed fracture of toughness and brittleness, and the cleavage fracture occurs at the angle of 67.5°.
magnesium alloy; warm-temperature tensile property; twinning; fracture mechanism; anisotropy
XIAO Han; Tel: +86-871-65136755; E-mail: kmxh@kmust.edu.cn
TG146.2
A
1004-0609(2017)-01-0057-07
Foundation item： Project(51305188) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(P2015-12) supported by State Key Laboratory of Materials Processing and Die & Mould Technology, Huazhong University of Science and Technology, China
(編輯 李艷紅)
國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51305188)；華中科技大學(xué)材料成形與模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題研究基金(P2015-12)
2016-01-04；
2016-05-18
肖 寒，副教授，博士；電話：0871-65136755；E-mail：kmxh@kmust.edu.cn
Received date： 2016-01-04; Accepted date： 2016-05-18
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吳國(guó)華，肖 寒，周慧子，王瑞雪，程 明，張士宏
(1. 昆明理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，昆明 650093；2. 中國(guó)科學(xué)院 金屬研究所，沈陽 110016)
擠壓態(tài)AZ31鎂合金溫?zé)崂煨阅艿母飨虍愋?/p>
吳國(guó)華1，肖 寒1，周慧子1，王瑞雪2，程 明2，張士宏2
(1. 昆明理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，昆明 650093；2. 中國(guó)科學(xué)院 金屬研究所，沈陽 110016)
采用單向拉伸實(shí)驗(yàn)研究溫?zé)釛l件下擠壓態(tài)AZ31鎂合金板材5個(gè)不同方向的力學(xué)性能、顯微組織、斷口形貌。結(jié)果表明：擠壓態(tài)鎂合金力學(xué)性能具有明顯的各向異性，170 ℃時(shí)，各向異性最明顯，隨著拉伸方向與擠壓方向所呈角度的增大，抗拉強(qiáng)度從217 MPa增大到271 MPa，屈服強(qiáng)度卻從174 MPa減小到71 MPa。鎂合金在溫?zé)釛l件下變形機(jī)制為拉伸孿生、壓縮孿生和{0001}基面〈a〉滑移；沿著不同角度拉伸時(shí)，變形機(jī)制有所不同。拉伸方向與擠壓方向的角度小于45°時(shí)，擠壓態(tài)鎂合金表現(xiàn)為微孔聚集型的韌性斷裂；且隨著角度的增大，表現(xiàn)為韌-脆混合斷裂，其中角度為67.5°時(shí)，鎂合金以解理方式斷裂。
鎂合金；溫?zé)崂煨阅?；孿生；斷裂機(jī)制；各向異性
鎂合金具有低密度、高強(qiáng)度、電磁屏蔽效果優(yōu)良及易回收等優(yōu)點(diǎn)，常被作為輕量化結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用于汽車、交通、電子等行業(yè)[1-2]。然而，鎂合金為密排六方金屬結(jié)構(gòu)，在室溫下滑移系較少，塑性較差，導(dǎo)致加工困難。鎂合金常見的滑移系有[3]：〉基面〈a〉滑移，〉柱面〈a〉滑移，錐面〈a〉滑移和〉錐面〈c+a〉滑移，除了滑移，孿生是鎂合金另一種常見的變形機(jī)制。目前，對(duì)鎂合金各向異性的研究日益增多，研究者們深入研究織構(gòu)對(duì)鎂合金力學(xué)性能的影響[4-7]。CHINO等[8]利用擠壓棒材，研究室溫和400 ℃時(shí)AZ31鎂合金的拉伸和壓縮非對(duì)稱性能，表明拉伸孿生發(fā)生于沿垂直c軸壓縮時(shí)，并受晶粒細(xì)化影響；李樹梅等[9]在100 ℃下對(duì)鎂合金軋板進(jìn)行單向壓縮實(shí)驗(yàn)，研究了其動(dòng)態(tài)再結(jié)晶現(xiàn)象；黃洪濤等[10-11]在150 ℃下沿RD、TD對(duì)軋制鎂合金板材進(jìn)行單向壓縮試驗(yàn)，研究了不同方向的壓縮變形機(jī)制；婁超等[12]研究了軋板室溫下動(dòng)態(tài)塑性變形，發(fā)現(xiàn)鎂合金初始變形以孿生主導(dǎo)，后期以位錯(cuò)滑移為主導(dǎo)；唐偉琴等[13]研究了鎂合金擠壓棒材的拉壓不對(duì)稱性，表明沿{0001}基面方向壓縮容易產(chǎn)生孿生；肖寒等[14]利用EBSD技術(shù)研究鎂合金型材在彎曲前后織構(gòu)的演變規(guī)律，指出彎曲成形使鎂合金線織構(gòu)削弱，拉伸孿晶減少。
以往的這些研究主要以軋制態(tài)板材為研究對(duì)象，主要集中在鎂合金單一方向的壓縮上，對(duì)擠壓態(tài)板材各向異性的研究鮮有報(bào)導(dǎo)，而鎂合金具有極強(qiáng)的各向異性，不同的變形機(jī)制會(huì)產(chǎn)生不同的形變儲(chǔ)存能，從而影響再結(jié)晶。因此，鎂合金擠壓板材的不同取樣角度會(huì)影響拉伸變形行為，目前關(guān)于這個(gè)問題并未進(jìn)行深入研究。本文作者在擠壓態(tài)鎂合金板材上切取5個(gè)不同方向的試樣，研究其在溫?zé)釛l件下的力學(xué)性能，并分析取樣角度對(duì)變形機(jī)制的影響。
1 實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)材料為商用AZ31鎂合金擠壓板材，其成分見表1。利用線切割切取與擠壓方向成擠壓方向0°(Extrusion direction，ED)、22.5°、45°、67.5°、橫向90°(Transverse direction，TD)這5組不同角度的試樣，然后利用數(shù)控機(jī)床加工成板料拉伸試樣，并打磨其表面，厚度控制在3.2 mm，最終加工成的試樣如圖1所示。
熱拉伸實(shí)驗(yàn)在Gleeble-3800型熱模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，以5 ℃/s加熱速度加熱到設(shè)定溫度，保溫時(shí)間3 min，拉伸速度選擇1 mm/s，實(shí)驗(yàn)溫度為25、120、170、210、250 ℃。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果測(cè)定的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，分析擠壓態(tài)鎂合金的力學(xué)性能。在拉伸斷口附近區(qū)域取樣經(jīng)過研磨和機(jī)械拋光，然后利用光學(xué)金相顯微鏡對(duì)拉伸后的顯微組織進(jìn)行觀察，利用掃描電鏡觀察斷口形貌特征并分析斷裂機(jī)理。
表1 實(shí)驗(yàn)材料的化學(xué)成分Table 1 Chemical composition of specimens used in experiment (mass fraction, %)
圖1 拉伸試樣幾何尺寸Fig. 1 Geometry of tensile test specimens (Unit: mm)
2 結(jié)果與討論
2.1 溫?zé)釛l件下擠壓態(tài)鎂合金的力學(xué)性能
圖2所示為擠壓態(tài)AZ31鎂合金板材在室溫和170℃時(shí)不同取樣角度試樣的真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線。由圖2 (a)可以看出，在室溫(Room temperature，RT)下斷裂應(yīng)變值隨取樣角度的增加而增大，從ED試樣的0.12增大到TD試樣的0.42，增大3.5倍；抗拉強(qiáng)度隨取樣角度增加從300 MPa增加到317 MPa，增大5.7%；屈服強(qiáng)度卻隨取樣角度增加而下降，從ED試樣的176 MPa下降到TD試樣的73 MPa，降幅超過58%。圖2(b)所示為170 ℃時(shí)應(yīng)力應(yīng)變隨取樣角度的變化規(guī)律：隨著取樣角度增大，應(yīng)變和抗拉強(qiáng)度均勻地增加，應(yīng)變從ED試樣的0.16增加到TD試樣的0.48；抗拉強(qiáng)度從ED試樣的217 MPa增加到TD試樣的271 MPa；但屈服強(qiáng)度卻從ED試樣的174 MPa下降到TD試樣的71 MPa，降幅超過59%。
圖2 不同溫度下擠壓態(tài)AZ31鎂合金板材不同取樣角的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig. 2 Tensile stress-strain curves of AZ31 magnesium alloy with different sampling angles extruded at different temperatures: (a) RT; (b) 170 ℃
綜合圖2(a)和(b)可以看出，擠壓態(tài)AZ31鎂合金在中低溫下有著明顯的各向異性，這是由于擠壓態(tài)鎂合金有著兩種織構(gòu)：一種為c軸與板材法線(Normal direction，ND)平行的基面織構(gòu)，所占比例較大；另一種為c軸平行于TD方向的柱面織構(gòu)[15]，如原始板材ND和TD的反極圖所示(見圖3(a)和(c))。而在溫度較低時(shí)，鎂合金可參加變形的滑移系較少[16]，塑性變形機(jī)制為基面〈a〉滑移，{102}拉伸孿生以及{101}壓縮孿生。對(duì)于ED試樣，拉伸方向與c軸夾角為90°，基面滑移的Schmid因子為0，難以啟動(dòng)基面滑移，只能依靠{101}〈10〉壓縮孿生，但是{101}孿生所需的臨界切應(yīng)力(CRSS)較高，在76～153 MPa[9]，因此，ED試樣抗拉強(qiáng)度最低，但屈服卻最高。對(duì)于TD試樣，雖然Schmid因子為0，但c軸平行TD取向的晶粒很容易產(chǎn)生{102}拉伸孿晶，而產(chǎn)生此拉伸孿晶的CRSS值很低，只需要2～2.8 MPa[17]，并且拉伸孿生可以使晶粒取向發(fā)生一定旋轉(zhuǎn)，使晶粒取向利于基面滑移，從而讓拉伸孿生和基面滑移交替進(jìn)行，因此，TD試樣的斷裂應(yīng)變值高于ED試樣的，屈服強(qiáng)度卻最低，除此之外拉伸孿生還可以阻礙位錯(cuò)的移動(dòng)，使得TD試樣的抗拉強(qiáng)度提高。對(duì)介于ED和TD之間的某個(gè)取樣角度，總有一個(gè)拉伸方向與晶粒(少量c軸平行于TD)的c軸夾角呈45°，Schmid因子為0.5，易產(chǎn)生基面滑移，而基面滑移的CRSS值為42 MPa[7]，因此，屈服強(qiáng)度介于ED和TD試樣之間。這與BARNETT等[18]關(guān)于c軸與拉伸夾角介于35°和75°之間時(shí)，{0001}基面〈a〉滑移是主要變形機(jī)制的論述相吻合。
圖3 板材法向、擠壓方向和橫向的反極圖Fig. 3 Inverse pole figures of sheets along ND (a), ED (b) and TD (c)
圖4所示為AZ31擠壓態(tài)鎂合金在不同溫度下抗拉強(qiáng)度隨取樣角度變化規(guī)律。由圖4可以看出，擠壓態(tài)鎂合金的抗拉強(qiáng)度隨著取樣角度的增大而增大，從室溫到120 ℃，鎂合金的抗拉強(qiáng)度下降很慢；170 ℃以后，鎂合金的抗拉強(qiáng)度下降很快；250 ℃以后，鎂合金的抗拉強(qiáng)度降低為室溫時(shí)的一半，這表明了170℃以上是適合鎂合金的塑性加工溫度，但溫度越高，越容易發(fā)生氧化，故鎂合金的溫?zé)峒庸みm合的溫度范圍是170～250 ℃。120 ℃時(shí)，ED和TD試樣的抗拉強(qiáng)度差Δσ為25 MPa左右，在170 ℃時(shí)，這一差值被迅速提高到54 MPa，隨著溫度的繼續(xù)升高，Δσ反而開始降低，250 ℃以上時(shí)，各向性能變化微乎其微。這表明了170 ℃時(shí)鎂合金的各向異性最明顯，由于溫度升高，再結(jié)晶更加容易，將削弱變形機(jī)制對(duì)各向異性的影響。
圖4 板材取樣角度對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響Fig. 4 Influence of sampling angle on tensile strength of sheet
2.2 顯微組織分析
圖5(a)所示為擠壓AZ31態(tài)鎂合金板材初始的組織，由粗大的等軸動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒組成，但晶粒大小分布不均勻。圖5(b)～(f)所示為在170 ℃下不同取樣角試樣的拉伸斷口附近金相照片，箭頭方向?yàn)槔旆较颉Ｓ蓤D5可以看出，沿不同方向拉伸均出現(xiàn)了條帶狀的孿晶，孿晶從晶界處尤其是三叉晶界處開始形核并長(zhǎng)大，但各圖中孿晶的方向并不一致，這是由于晶粒取向的關(guān)系。當(dāng)晶體在應(yīng)力的作用下發(fā)生變形時(shí)，變形部分會(huì)沿著一定的晶面(孿生面)和一定的晶向(孿生方向)相對(duì)于另一部分做均勻切變，這種切變不會(huì)改變點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)但會(huì)使變形部分的晶粒取向發(fā)生改變，從而利于變形的進(jìn)行。45°試樣較其他幾個(gè)角度的試樣，孿晶的比例較小，這表明45°試樣塑性變形機(jī)制除了少量的孿生，更多的是滑移，這使得45°試樣的斷后伸長(zhǎng)率達(dá)到最大(44.5%)。圖5(e)和(f)中有著明顯的交叉孿晶，多發(fā)生在較大的晶粒中，且貫穿整個(gè)晶粒，并有多條孿晶帶互相平行，這表明了鎂合金可以通過孿晶以及交叉孿晶來細(xì)化晶粒，導(dǎo)致急劇的加工硬化，提高強(qiáng)度和斷裂應(yīng)變值，因此，ED試樣的斷裂應(yīng)變值最低，如圖2(b)中67.5°和TD試樣應(yīng)力-應(yīng)變曲線。孿晶界面的快速遷移和交叉主要發(fā)生在變形后期[19]，這對(duì)鎂合金的塑性變形能力有著重要的影響。ED試樣和TD試樣出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶要明顯多于其他幾個(gè)角度的試樣，且優(yōu)先生長(zhǎng)在晶界和孿生交叉處(見圖5 (b)和(f)圓圈內(nèi)所示)。這是由于ED和TD試樣拉伸時(shí)，易于產(chǎn)生壓縮孿晶和拉伸孿晶，其界面更容易旋轉(zhuǎn)，使晶粒更易于向?qū)\晶取向轉(zhuǎn)動(dòng)，因此，孿生多的晶粒里形變儲(chǔ)存能很小，不易達(dá)到形核的臨界驅(qū)動(dòng)力；而在晶界和孿生交叉處有很大的應(yīng)力集中區(qū)，有著很大的形變儲(chǔ)存能，為動(dòng)態(tài)再結(jié)晶提供了足夠的形核驅(qū)動(dòng)力[20]。因此，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生在一定程度上提高金屬的塑性，使得金屬的斷裂應(yīng)變值增加。
圖5 170 ℃下擠壓鎂合金板材不同取樣角試樣斷口金相照片F(xiàn)ig. 5 Fractures metallographies of magnesium alloy with different sampling angles extruded at temperature of 170 ℃: (a) Original; (b) ED; (c) 22.5°; (d) 45°; (e) 67.5°; (f) TD
2.3 斷口分析
圖6所示為170 ℃下沿不同取樣角拉伸斷口宏觀形貌。由圖6可知，1、2、3、5號(hào)試樣均出現(xiàn)不同程度縮頸，其中3號(hào)試樣縮頸最大，且縮頸區(qū)域周圍出現(xiàn)了明顯的起皺變形，這是由于晶粒內(nèi)部變形的不均勻，說明斷前發(fā)生了劇烈的塑性變形。4號(hào)試樣斷口平齊，無明顯縮頸，說明67.5°試樣為脆性斷裂，斷后伸長(zhǎng)率只有12.5%，為5組試樣中最低的一組。其它幾組試樣的斷后伸長(zhǎng)率見表2。雖然67.5°和TD試樣的斷后伸長(zhǎng)率不及45°試樣，但其斷裂應(yīng)變值仍大于45°試樣(見圖2(b))，這說明67.5°和TD試樣的變形在標(biāo)距外也有發(fā)生，同時(shí)也說明了拉伸孿生促進(jìn)滑移的產(chǎn)生和加工硬化的形成。
圖6 170 ℃下不同取樣角度樣的拉伸斷裂宏觀形貌Fig. 6 Macro-morphologies of tensile fracture of different angle specimens at temperature of 170 ℃
圖7(a)～(f)所示分別為ED、22.5°、45°、67.5°、TD試樣在170℃下拉伸試驗(yàn)后的斷口形貌掃描照片。圖7 (a)～(c)出現(xiàn)明顯微孔聚合型的等軸韌窩，且韌窩較大，屬于典型的韌性斷裂；圖7 (d)呈現(xiàn)明顯的河流花樣并伴有撕裂棱，屬于典型的解理斷裂；圖7 (f)的剪切唇與韌窩都被拉長(zhǎng)，伴有解理臺(tái)階，說明斷裂前發(fā)生了滑移，屬于韌-脆斷裂的混合機(jī)制。結(jié)果表明：擠壓態(tài)鎂合金沿?cái)D壓方向45°范圍以內(nèi)拉伸，韌性都較好，尤其是與擠壓方向呈45°拉伸時(shí)，斷口韌窩最大(見圖7(c))，塑性最好，這與45°試樣的斷后伸長(zhǎng)率最大相一致；拉伸方向與擠壓方向大于45°時(shí)伴有解理斷裂，在67.5°時(shí)呈完全解理斷裂。這是由于45°以后，交叉孿晶發(fā)生越來越多，會(huì)阻礙滑移的進(jìn)行，造成位錯(cuò)塞積，應(yīng)力集中，導(dǎo)致脆性斷裂；在接近TD方向，由于動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的增多，緩解了部分應(yīng)力集中，導(dǎo)致了韌-脆混合斷裂機(jī)制。
表2 不同取樣角試樣的斷后伸長(zhǎng)率Table 2 Break elongation of different sampling angle specimens after fracture
圖7 170 ℃下擠壓鎂合金板材不同取樣角的拉伸斷口形貌Fig. 7 Tensile fracture morphologies of Mg alloy sheet with different sampling angles extruded at 170 ℃: (a) ED; (b) 22.5°; (c) 45°; (d) 67.5°; (e) TD
3 結(jié)論
1) 擠壓態(tài)AZ31鎂合金力學(xué)性能有顯著各向異性，170 ℃時(shí)各向異性最明顯，隨著拉伸方向與擠壓方向所呈角度的增大，抗拉強(qiáng)度逐漸增大，屈服強(qiáng)度逐漸減小。
2) 擠壓態(tài)AZ31鎂合金在溫?zé)釛l件下拉伸變形，不同取樣方向的變形機(jī)制不同，導(dǎo)致斷裂應(yīng)變值隨著拉伸方向與擠壓方向所呈角度的增大而增大。
3) 擠壓態(tài)AZ31鎂合金在溫?zé)釛l件下拉伸方向與擠壓方向所呈角度在45°以內(nèi)時(shí)，擠壓態(tài)鎂合金表現(xiàn)為微孔聚集型的韌性斷裂，伴隨著角度的增大，表現(xiàn)為韌-脆混合斷裂，其中67.5°時(shí)以解理方式斷裂。
REFERENCES
[1] LEE S, CHEN Y H, WANG J Y. Isothermal sheet metal formability of magnesium alloy AZ31 and AZ61[J]. Journal of Materials Processing Technology, 2002, 124(1/2): 19-24.
[2] 張士宏, 程 明, 王忠堂, 劉勁松. 有色金屬板材若干溫?zé)峒庸こ尚渭夹g(shù)的發(fā)展[J]. 鍛壓技術(shù), 2009, 34(4): 1-9. ZHANG Shi-hong, CHENG Ming, WANG Zhong-tang, LIU Jin-song. Development of warm forming processes for nonferrous alloy sheets[J]. Forging & Stamping Technology, 2009, 34(4): 1-9.
[3] AGNEW S R, DUYGULU O. Plastic anisotropy and the role of non-basal slip in magnesium alloy AZ31B[J]. International Journal of Plasticity, 2005, 21: 1161-1193.
[4] HUANG Guang-sheng, ZHANG Hua, GAO Xiao-yu, SONG Bo, ZHANG Lei. Forming limit of textured AZ31B magnesium alloy sheet at different temperatures[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2011, 21(4): 836-843.
[5] STEINER M A, BHATTACHARYYA J J, AGNEW S R. The origin and enhancement of {0001}〈110〉 texture during heat treatment of rolled AZ31B magnesium alloys[J]. Acta Materialia, 2015, 95: 443-455.
[6] BOHLEN J, NURNBERG M R, SENN J W, LETZIG D, AGNEW S R. The texture and anisotropy of magnesium-zinc-rare earth alloy sheets[J]. Acta Materialia, 2007, 55: 2101-2112.
[7] STANFORD N, GENG J, CHUN Y B, DAVIES C H J, NIE J F, BARNETT M R. Effect of plate-shaped particle distributions on the deformation behaviour of magnesium alloy AZ91 in tension and compression[J]. Acta Materialia, 2012, 60: 218-228.
[8] CHINO Y, KIMURA K, HAKAMADA M, MABUCHI M. Mechanical anisotropy due to twinning in an extruded AZ31 Mg alloy[J]. Mater Sci Eng A, 2008, 485(1/2): 311-317.
[9] 李樹梅, 汪明樸, 張 真, 李 周, 唐 寧. AZ31B鎂合金的低溫壓縮變形機(jī)制[J]. 中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào), 2010, 20(7): 1254-1259. LI Shu-mei, WANG Ming-pu, ZHANG Zhen, LI Zhou, TANG Ning. Compression mechanism of AZ31B Mg alloy at low temperature[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2010, 20(7): 1254-1259.
[10] 黃洪濤, 劉 偉, GODFREY A, 唐瑞鶴, 劉 慶. AZ31鎂合金單軸壓縮中孿生行為研究[J]. 金屬學(xué)報(bào), 2012, 48(3): 357-362. HUANG Hong-tao, LIU Wei, GODFREY A, TANG Rui-he, LIU Qing. Study of twin behavior during uniaxial compression of AZ31 magnesium alloy[J]. Acta Metallurgica Sinica, 2012, 48(3): 357-362.
[11] 黃洪濤, GODFREY A, 劉 偉, 唐瑞鶴, 劉 慶. 樣品取向?qū)Z31鎂合金靜態(tài)再結(jié)晶行為的影響[J]. 金屬學(xué)報(bào), 2012, 48(8): 915-921. HUANG Hong-tao, GODFREY A, LIU Wei, TANG Rui-he, LIU Qing. Effect of sample orientation on static recrystallization of AZ31 magnesium alloy[J]. Acta Metallurgica Sinica, 2012, 48(8): 915-921.
[12] 婁 超, 張喜燕, 任 毅. 動(dòng)態(tài)塑性變形下AZ31鎂合金的孿生特征[J]. 中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào), 2015, 25(10): 2642-2648. LOU Chao, ZHANG Xi-yan, REN Yi. Twinning characteristic of AZ31 magnesium alloy during dynamic plastic deformation[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2015, 25(10): 2642-2648.
[13] 唐偉琴, 張少睿, 范曉慧, 李大永, 彭穎紅. AZ31鎂合金的織構(gòu)對(duì)其力學(xué)性能的影響[J]. 中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào), 2010, 20(3): 371-376. TANG Wei-qin, ZHANG Shao-rui, FAN Xiao-hui, LI Da-yong, PENG Ying-hong. Texture and its effect on mechanical properties of AZ31 magnesium alloy[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2010, 20(3): 372-377.
[14] 肖 寒, 宋廣勝, 嚴(yán) 操, 張士宏, 阮立群, 張興國(guó). 溫?zé)釓澢尚芜^程中 AZ31鎂合金型材的微觀織構(gòu)演變[J]. 中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào), 2011, 21(8): 1815-1819. XIAO Han, SONG Guang-sheng, YAN Cao, ZHANG Shi-hong, RUAN Li-qun, ZHANG Xing-guo. Microtexture evolution of AZ31 magnesium alloy profile during warm bending process[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2011, 21(8): 1815-1819.
[15] 余 琨, 芮守泰. AZ31鎂合金擠壓薄板織構(gòu)及力學(xué)各向異性[J]. 中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào), 2008, 18(12): 2127-2131. YU Kun, RUI Shou-tai. Texture and mechanical anisotropy of AZ31 extruded sheets[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2008, 18(12): 2127-2131.
[16] 黃光勝, 黃光杰, 王凌云, 潘復(fù)生. 變形鎂合金塑性的改善[J].材料導(dǎo)報(bào), 2006, 20(1): 39-41.HUANG Guang-sheng, HUANG Guang-jie, WANG Ling-yun, PAN Fu-sheng. Ductility enhancement of wrought magnesium alloys[J]. Materials Review, 2006, 20(1): 39-41.
[17] 劉 慶. 鎂合金塑性變形機(jī)理研究進(jìn)展[J]. 金屬學(xué)報(bào), 2010, 46(11): 1458-1472. LIU Qing. Research progress on plastic deformation mechanism of Mg alloys[J]. Acta Metallurgica Sinica, 2010, 46(11): 1458-1472.
[18] BARNETT M R, KESHAVARZ Z, BEER A G, MA X. Schmid behaviour during secondary twinning in a polycrystalline magnesium alloy[J]. Acta Materialia, 2008, 56: 5-15.
[19] 楊續(xù)躍, 張 雷. 鎂合金溫變形過程中的孿生及孿晶交叉[J].金屬學(xué)報(bào), 2009, 45(11): 1303-1308. YANG Xu-yue, ZHANG Lei. Twinning and twin intersection in AZ31 Mg alloy during warm deformation[J]. Acta Metallurgica Sinica, 2009, 45(11): 1303-1308.
[20] 李 蕭, 楊 平, 孟 利, 催鳳娥. AZ31鎂合金中拉伸孿晶靜態(tài)再結(jié)晶的分析[J]. 金屬學(xué)報(bào), 2010, 46(2): 147-154. LI Xiao, YANG Ping, MENG Li, CUI Feng-e. Analysis of the static recrystallization at tension twins in AZ31 magnesium alloy[J]. Acta Metallurgica Sinica, 2010, 46(2): 147-154.
Anisotropy of warm-temperature tensile properties of extruded AZ31 magnesium alloy
WU Guo-hua1, XIAO Han1, ZHOU Hui-zi1, WANG Rui-xue2, CHENG Ming2, ZHANG Shi-hong2
(1. Faculty of Materials Science and Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650093, China; 2. Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China)
The tensile properties, microstructure, appearance of fracture in five different planar directions of extruded AZ31 magnesium alloy sheets at the warm-temperature were investigated by uniaxial compression test. The results indicate that the extruded magnesium alloy sheets show high anisotropy, and the most obvious anisotropic temperature is 170 ℃. With the increase of the angle between tensile direction and extrusion direction, the tensile strength increases from 217 MPa to 271 MPa, and the yield strength decreases from 174 MPa to 71 MPa. There are three deformation mechanisms of magnesium alloys at warm-temperature, which include {102} extension twinning,{101}compression twinning and base slip. The deformation mechanism is different at different stretching angles. When the angle between tensile direction and extrusion direction is less than 45°, the fracture mechanism of magnesium alloy is micropore aggregation fracture. With the increase of angle, it is the mixed fracture of toughness and brittleness, and the cleavage fracture occurs at the angle of 67.5°.
magnesium alloy; warm-temperature tensile property; twinning; fracture mechanism; anisotropy
XIAO Han; Tel: +86-871-65136755; E-mail: kmxh@kmust.edu.cn
TG146.2
A
1004-0609(2017)-01-0057-07
Foundation item： Project(51305188) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(P2015-12) supported by State Key Laboratory of Materials Processing and Die & Mould Technology, Huazhong University of Science and Technology, China
(編輯 李艷紅)
國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51305188)；華中科技大學(xué)材料成形與模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題研究基金(P2015-12)
2016-01-04；
2016-05-18
肖 寒，副教授，博士；電話：0871-65136755；E-mail：kmxh@kmust.edu.cn
Received date： 2016-01-04; Accepted date： 2016-05-18
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