AZ31合金累積疊軋過程中軋制溫度對微觀結構演變和力學行為的影響
編輯：2025-08-20 10:07:38
導語：本文研究了軋制溫度對累積疊軋AZ31合金的影響。結果表明，當軋制溫度為450℃時，試樣發(fā)生動態(tài)再結晶，并在剪切方向形成剪切帶，其剪切帶寬度從表面到內(nèi)部逐漸減小。ARB導致試樣發(fā)生應變硬化，其強度得到提高，但由于內(nèi)部裂紋的原因，延伸率降低。ARB后，顯微硬度得到提高，但隨著軋制溫度的升高而降低。由于剪切帶的形成，外板的顯微硬度低于內(nèi)板。通過提高ARB溫度，界面結合強度得到提高。界面結合是一個在界面兩側發(fā)生動態(tài)再結晶的過程，細小的再結晶晶粒不斷吞并代替原始晶粒，直至界面消失。裂紋從剪切帶處產(chǎn)生并沿著剪切帶擴展。
未ARB的試樣，晶粒組織為等軸細晶，晶粒大小為6.8μm。當軋制溫度為350℃時，晶界處出現(xiàn)了動態(tài)再結晶，但未出現(xiàn)剪切帶。當軋制溫度為400℃時，可明顯觀察到剪切帶。當軋制溫度為40不規(guī)則態(tài)，寬度由表面向內(nèi)部逐漸減小。
對于內(nèi)板，350℃時未形成剪切帶，晶粒尺寸為7.8μm。在ARB溫度在400℃時，剪切帶擴展到11.2μm的粗晶區(qū)和內(nèi)板。當溫度升至450℃，內(nèi)板原始晶粒逐漸長大。
不同ARB溫度下的ND-RD方向，可以看出界面由鍵合區(qū)域和非鍵合區(qū)域構成。ARB溫度的升高促進了動態(tài)再結晶的形核和生長，在界面處形成了細小的再結晶晶粒，細小的再結晶晶粒有利于兩板之間的結合。
對不同ARB溫度下的試樣的表面和界面做了XRD測試，結果表明，界面和表面的應力狀態(tài)存在差異，影響了ARB過程中的微觀組織演變。經(jīng)過ARB處理后，AZ31表面基面織構增強。隨著ARB溫度升高，表面基面織構強度降低。對于界面處，ARB溫度的升高，使界面處產(chǎn)生了更多的動態(tài)再結晶晶粒，新晶粒發(fā)生了旋轉(zhuǎn)，降低了基面織構強度。
ARB后，高角度晶界從21.7%升高至42.8%。從ND-RD的極圖也可以看到，AZ31合金極密度從21.11下降到8.91。這也證明了其晶體發(fā)生了旋轉(zhuǎn)，基面織構強度減弱。
由于剪切力的分布，近表層的剪切力大于中心，因此剪切帶主要分布在表層并向內(nèi)部延伸。在一定的壓下量，剪切帶的延伸長度受限。隨著ARB溫度的升高，通過動態(tài)再結晶形核產(chǎn)生了更多的細小再結晶晶粒。由于應力分布從表面向內(nèi)部逐漸減小，剪切帶的寬度從表面向內(nèi)部遞減。
ARB后，合金的EL大幅下降，但UTS和YS得到提高。隨著ARB溫度升高YS和EL逐步升高。合金的強度與應變硬化有關，塑性的降低與內(nèi)部裂紋有關。提高ARB溫度后，裂紋的萌生和擴展受到剪切帶的抑制，溫度越高，剪切帶越寬。
斷口形貌顯示，原始試樣斷口由許多解離面和韌窩構成，顯示出韌性斷裂特征。ARB后，斷口幾乎沒有韌窩，斷口表面出現(xiàn)河流狀的解離面和裂紋。在拉伸過程中，裂紋向內(nèi)部擴展，導致材料塑性降低。
ARB后，由于應變硬化，AZ31合金的顯微硬度得到提高。但隨著ARB溫度的升高，原始晶粒生長速度加快，顯微硬度降低。外板由原始粗晶和新生成的細晶組成，導致外板顯微硬度分布不均。
在ARB過程中，試樣受到一個與軋制方向呈一定角度的剪切力。且會導致該方向的應力集中，促進動態(tài)再結晶形核，在此方向上形成剪切帶。動態(tài)再結晶會消耗應變能導致材料流變軟化。在剪切拉伸過程中，微裂紋在剪切帶處萌生，并相互連接形成大裂紋，并沿著剪切帶擴展。
