初始织构对AZ31镁合金板材室温成形性能及微结构演化的影响

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变形镁合金作为目前最轻的商用金属结构材料,具有比重轻、比强度和比刚度高、切削加工性能好、减振效果强、电磁屏蔽能力强等一系列优良性能。因此,在汽车领域、航天航空和3C产品等方面都有着广泛的应用前景。但是,变形镁合金板材密排六方的晶体结构导致其在室温条件下的独立滑移系有限,且在加工制备过程中容易形成较强的基面织构,使得其室温变形能力较差,制约了变形镁合金板材的大规模应用。因此,弱化基面织构已经成为提高变形镁合金板材室温变形能力的重要手段。基于我们前期实验研究结果表明,通过等径角轧制-连续弯曲变形及退火再结晶工艺,可以实现AZ31镁合金板材织构类型的改变,即由先前的基面织构转变为由normal direction(ND)向rolling direction(RD)偏转40o左右的双峰分离非基面织构,使其室温成形性能显著提升。然而,对于具有该非基面织构的AZ31镁合金板材而言,其室温杯突、拉深等后续成形过程中的微观组织演化与塑性变形机制未知。因此,本论文以不同织构(强基面织构与双峰分离非基面织构)的镁合金板材为研究对象,利用金相和EBSD等测试手段,系统研究室温杯突和拉深成形过程中不同初始织构板材微观组织与织构的演变规律,分析不同应力状态对滑移和孪生激活的影响,旨在阐明基面织构与双峰分离非基面织构板材的后续室温塑性变形机制的差异及其原因,为推动高成形性能镁合金板材的广泛应用奠定基础。主要实验结论如下:(1)基面织构和非基面织构板材的IE值分别约为4.8mm和7.6mm。对于基面织构板材而言,在杯突高度(punch strokes(PS)=1mm)时,上、中区域晶粒内部无明显孪晶形成,而在下表面出现了大量的孪晶。当PS增至2mm时,上、中区域开始出现孪晶,但下表面较多孪晶消失,表现出明显的退孪生现象。退孪生现象主要是因为在PS=1时,下表面处于“三向受压”的应力状态,而在PS=2时转变成“两拉一压”,加载方向的改变导致退孪生的发生。继续成形,各个区域内孪晶数量逐渐增加。对于非基面织构板材而言,在PS=1mm时,上、中、下三个区域都有孪晶形成,拉伸孪晶变体相对较少。当PS升至2mm时,部分晶粒内激活的拉伸孪晶变体变得复杂。同时,下表面的孪晶并未像基面织构板材一样大幅减少,这时因为非基面织构板材中大多数晶粒偏离ND方向,应力状态改变前后都有利于孪晶的形成,所以没有观察到退孪生现象。随着PS的增加,各区域孪晶数量逐渐增加,晶粒取向逐渐转向transverse direction(TD),最终上表明、中性层和下表面都形成了TD型织构。(2)对基面织构和非基面织构板材进行了室温拉深试验,其最大极限拉深比分别为1.3mm和1.6mm。对拉深件不同区域的受力状态和微观结构演化研究表明,(1)拉深试样底部基本不受外力作用,所以基面织构和非基面织构板材的微观组织无明显改变。(2)在拉深试样肩部区域,基面织构板材内部在上表面和下表面出现少量孪晶,非基面织构板材在上表面出现较多孪晶,其孪生面积和数量明显多于基面织构板材。孪晶的差异主要是因为基面取向的晶粒处于“两拉一压”的应力状态,不利于孪晶的激活。而非基面取向的晶粒偏离ND方向±40°,有利于发生孪生。由于非基面织构大量的孪生行为,织构由原来的向RD偏转的双峰非基面转变成向TD偏转的织构。(3)在拉深试样的壁部区域,由于在先经过压边区域时处于“两压一拉”的应力状态,容易形成大量孪晶,随后经过凹模圆角处“一拉一压”以及弯曲变形后,在壁部区域承受类似单向拉伸的应力,部分孪晶会发生退孪生现象,部分晶粒由最初的RD方向的双峰非基面取向转变成c-axis//ND的基面取向。
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