Mg-6.42Al-3.2...轧制后的显微组织与力学性能_张义俊.pdf

第 30 卷 第 3 期2023 年 3 月塑性工程学报JOURNAL OF PLASTICITY ENGINEERINGVol.30 No.3Mar.2023引文格式:张义俊,姚国林,张 磊,等.Mg-6.42Al-3.22Sn 镁合金轧制后的显微组织与力学性能 J.塑性工程学报,2023,30(3):67-74.ZHANG Yijun,YAO Guolin,ZHANG Lei,et al.Microstructure and mechanical properties of Mg-6.42Al-3.22Sn magnesium alloy after rollingJ.Journal of Plasticity Engineering,2023,30(3):67-74.基金项目:河南省科技攻关项目(192102310244);河南农业职业学院科研创新团队项目(HNACKT-2020-04)第一作者:张义俊(通信作者),女,1974 年生,博士,副教授,主要从事材料加工研究,E-mail:yijun7402 收稿日期:2022-05-01;修订日期:2023-01-20Mg-6.42Al-3.22Sn 镁合金轧制后的显微组织与力学性能张义俊1,姚国林1,张 磊1,郭晓光2,卢志安2(1.河南农业职业学院 机电工程学院,河南 郑州 451450;2.郑州大学 材料科学与工程学院,河南 郑州 450001)摘 要:为了改善镁合金单道次大压下量轧制变形能力,提高轧制效率,采用扫描电镜和拉伸试验机等手段研究了不同变形量下单衬板轧制和双衬板轧制 Mg-6.42Al-3.22Sn 镁合金的显微组织和力学性能变化。结果表明,单衬板轧制镁合金试样的下表面裂纹状态优于上表面,轧制温度为 400 时镁合金试样上下表面未见裂纹,而双衬板轧制镁合金在轧制温度为 350 及以上时都未见明显裂纹。单衬板轧制和双衬板轧制镁合金试样的平均晶粒尺寸和第二相颗粒尺寸都随着变形量增加而减小。在相同变形量下,单衬板轧制和双衬板轧制镁合金的屈服强度和抗拉强度相当,且双衬板轧制镁合金的断后伸长率和应变硬化指数高于后者,更有利于后续加工变形,这主要与双衬板轧制有助于将镁合金试样上下表面的剪切应变转变为压应变,更有利于抑制裂纹扩展和具有更高的抵抗均匀塑性变形的能力有关。关键词:Mg-6.42Al-3.22Sn 镁合金;变形量;轧制温度;显微组织;力学性能中图分类号:TG146.2 文献标识码:A 文章编号:1007-2012(2023)03-0067-08doi:10.3969/j.issn.1007-2012.2023.03.010Microstructure and mechanical properties of Mg-6.42Al-3.22Sn magnesium alloy after rollingZHANG Yi-jun1,YAO Guo-lin1,ZHANG Lei1,GUO Xiao-guang2,LU Zhi-an2(1.College of Mechanical and Electrical Engineering,Henan Vocational College of Agriculture,Zhengzhou 451450,China;2.School of Materials Science and Engineering,Zhengzhou University,Zhengzhou 450001,China)Abstract:To improve the deformation ability of magnesium alloy in single pass rolling with large reduction and improve the rolling effi-ciency,the change of microstructure and mechanical properties of Mg-6.42Al-3.22Sn magnesium alloy rolled with single hard-plate and double hard-plates with different deformation amounts were studied by means of scanning electron microscope and tensile testing machine.The results show that the crack state of the lower surface of magnesium alloy samples rolled with single hard-plate is better than that of the upper surface,there are no cracks on the upper and lower surfaces of the magnesium alloy samples when the rolling temperature is 400,while there are no obvious cracks on the magnesium alloy sample rolled with double hard-plates when the rolling temperature is 350 and above.The average grain size and the second phase particle size of magnesium alloy samples rolled with single hard-plate and double hard-plates decrease with the increase of deformation amount.With the same deformation amount,the yield strength and tensile strength of magnesium alloy rolled with single hard-plate and double hard-plates are the same,and the elongation after fracture and strain hardening index of magnesium alloy rolled with double hard-plates are higher than the latter,which is more conducive to subsequent pro-cessing deformation.This is mainly because double hard-plates rolling is helpful to transform the shear strain on the upper and lower sur-faces of magnesium alloy samples into compressive strain,which is more beneficial to restrain crack propagation and has higher ability to resist uniform plastic deformation.Key words:Mg-6.42Al-3.22Sn magnesium alloy;deformation amount;rolling temperature;microstructure;mechanical property 引言镁合金由于具有密度轻、比强度高及抗阻尼性能好等特点,在航空航天、交通运输和通讯等领域有着广泛的应用前景,镁合金板材最常用的加工方式是轧制成形,而由于镁合金为密排六方结构,滑移系少,塑性变形较为困难且在加工变形过程中易于开裂1,因此,传统的镁合金轧制基本都遵循“多道次、小压下量”的原则,单道次压下量基本都控制在 20%以内2。然而,实际加工过程中多道次的轧制处理容易造成镁合金晶粒粗化与长大,而且会在很大程度上形成强烈的基面织构,削弱镁合金的后续加工变形能力3。为了提高镁合金的轧制效率、改善成形性能,国内外学者提出了多种新型轧制技术(差速轧制、交叉辊轧制、等径角轧制和累积叠轧等),并优化了轧制工艺(轧制温度、轧制速度和轧制路径等)和后续热处理工艺(温度、时间等)4-6,这些新型轧制技术虽然在一定程度上提升了镁合金的加工变形能力,但是同时存在对设备要求高及加工工艺复杂等问题7-8。衬板轧制作为一种在轧制过程中将硬质合金衬板与金属板材叠放,同时咬入轧辊中进行轧制的新型轧制方法,具有在单道次大压下量轧制即可获得良好综合力学性能的潜力,同时具有对设备要求较低及轧制流程短等特点,但是目前衬板轧制的研究多集中在铝/镁/铝复合板及碳素结构钢等材料上9-10,在塑性变形较为困难的镁合金上的研究报道相对较少,且衬板形式、轧制工艺(轧制温度、变形量等)对镁合金组织与性能的影响规律还不清楚11,将衬板轧制应用于镁合金的工业生产还有一定差距。为了开发出有利于镁合金晶粒细化和织构弱化的变形镁合金,解决传统镁合金轧制过程中的道次压下量小、道次繁多和开裂严重等问题,本文尝试采用新型衬板轧制工艺,对比分析单衬板轧制和双衬板轧制对 Mg-6.42Al-3.22Sn 镁合金显微组织和力学性能的影响,结果可为镁合金的单道次大压下量轧制变形工艺优化提供参考。1 实验1.1 实验材料以商业纯 Mg(质量分数 99.92%)、高纯 Al(质 量 分 数 99.97%)和 高 纯 Sn(质 量 分 数99.90%)为原料,采用真空铸造的方法制备了 Mg-Al-Sn 镁合金铸锭,实际化学成分经过电感耦合等离子发射光谱法测得为:6.42%Al、3.22%Sn,余量为 Mg;在 SX-2-5-12 型箱式热处理炉中对合金铸锭进行 375 /20 h 的均匀化处理,然后热挤压(挤压温度 385、速度3 mmin-1)成厚度为7 mm的 Mg-6.42Al-3.22Sn 镁合金板材,挤压比为 16.5。1.2 轧制变形在自 制 双 辊 热 轧 试 验 机 上 对 Mg-6.42Al-3.22Sn 镁合金板材进行变形量为 50%80%的轧制变形(传统轧制时板材在 350 单道次压下量最大为 60%,且轧板存在明显开裂现象),轧辊直径为360 mm、转速为13.2 rmin-1,表面温度为110,轧制衬板为硬质合金板(63 HRC)、单衬板轧制和双衬板轧制的衬板厚度分别为 2 和 1 mm,衬板轧制示意图如图 1 所示。轧制过程中预先在衬板和镁合金板材表面涂覆润滑剂,置于高温箱中加热至预设温度并保温 15 min 后送入轧辊进行单道次轧制。图 1 衬板轧制 Mg-6.42Al-3.22Sn 镁合金示意图(a)单衬板(b)双衬板Fig.1 Schematic diagrams of Mg-6.42Al-3.22Sn magnesium alloy rolled with hard-plate(a)Single hard-plate(b)Double hard-plates1.3 测试方法采用 Nikon 数码相机对轧制后 Mg-6.42Al-3.22Sn 镁合金的宏观形貌进行拍摄,并记录板材表面裂纹情况;从轧制后的板材上截取试样,依次进86塑性工程学报第 30 卷行打磨、抛光和饱和苦味酸溶液腐蚀后,在 FEI-XL30 型扫描电镜上观察显微形貌并统计晶粒尺寸分布;根据国标 GB/T 228.1201012,沿轧制方向取样(10 mm4 mm2 mm)在 Instron5943 型拉伸试验机上进行室温拉伸性能测试,拉伸速率为1 mmmin-1,取 3 组试样的平均值作为测试结果。2 结果与分析2.1 单衬