径锻AZ61镁合金退火后晶粒长大及组织演变规律_张凯.pdf

精 密 成 形 工 程 第 15 卷 第 4 期 40 JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING 2023 年 4 月 收稿日期：20230120 Received：2023-01-20 基金项目：国家自然科学基金（U1910213，52205400）；山西省重点研发计划（201903D121088）；太原科技大学博士科研启动基金（20222046）Fund：National Natural Science Foundation(U1910213,52205400);Shanxi Key Research and Development Plan(201903D121088);Taiyuan University of Science and Technology Doctoral Research Foundation(20222046)作者简介：张凯（1997），男，硕士生，主要研究方向为轻质合金热处理技术。Biography：ZHANG Kai(1997-),Male,Postgraduate,Research focus:light alloy heat treatment technology.通讯作者：马立峰（1977），男，博士，教授，主要研究方向为金属塑形加工工艺与设备开发。Corresponding author：MA Li-feng(1977-),Male,Doctor,Professor,Research focus:metal shaping processing technology and equipment development.引文格式：张凯,马立峰,邹景锋.径锻 AZ61 镁合金退火后晶粒长大及组织演变规律J.精密成形工程,2023,15(4):40-48.ZHANG Kai,MA Li-feng,ZOU Jing-feng.Grain Growth and Microstructure Evolution Law of Radial Forged AZ61 Magnesium Alloy after AnnealingJ.Journal of Netshape Forming Engineering,2023,15(4):40-48.径锻AZ61镁合金退火后晶粒长大及组织演变规律 张凯，马立峰，邹景锋（太原科技大学 机械工程学院，太原 030024）摘要：目的目的 通过研究径锻 AZ61 镁合金棒材在后续退火处理时的晶粒长大和组织均匀性演变行为，构建等温条件下径锻 AZ61 镁合金晶粒长大模型，总结径锻镁合金退火后组织均匀性演变规律，为此棒材后续热处理工艺的制定提供理论借鉴和指导。方法方法 基于系统的等温正交退火试验，量化统计各退火条件下样品组织的平均晶粒尺寸和晶粒尺寸分布，分析径锻AZ61镁合金棒材的晶粒长大行为和组织均匀性演变规律。结果结果 退火后，径锻 AZ61 镁合金组织中晶粒趋于长大。在 250300 温度区间内，晶粒长大速度较为缓慢。随着退火温度的升高，晶粒长大速率随之上升，尤其是退火温度升高到 450 以后，晶粒长大速率显著增大。当退火温度一定时，退火起始 30 min 内，晶粒快速长大。在之后的长时间退火过程中，晶粒长大速度逐渐放缓。同时，随着退火的进行，锻后样品中存在的超细晶条带状组织逐渐消失，样品组织均匀性显著提高。结论结论 通过研究晶粒长大现象构建的等温条件下径锻 AZ61 镁合金晶粒长大模型与试验结果拟合良好。结合组织均匀性演变规律，径锻 AZ61 镁合金退火后的组织状态能够被很好地预测。关键词：镁合金；退火；径向锻造；晶粒长大；组织均匀性 DOI：10.3969/j.issn.1674-6457.2023.04.005 中图分类号：TG156.2 文献标识码：A 文章编号：1674-6457(2023)04-0040-09 Grain Growth and Microstructure Evolution Law of Radial Forged AZ61 Magnesium Alloy after Annealing ZHANG Kai,MA Li-feng,ZOU Jing-feng (School of Mechanical Engineering,Taiyuan University of Science and Technology,Taiyuan 030024,China)ABSTRACT:The work aims to establish a grain growth model of radial forged AZ61 magnesium alloy bars under isothermal condition by studying the grain growth and microstructure uniformity evolution behavior during subsequent annealing treatment,and summarize the microstructure uniformity evolution law of radial forged AZ61 magnesium alloy after annealing,so as to provide theoretical reference and guidance for formulation of subsequent heat treatment process of bars.Based on the systematic 第 15 卷 第 4 期 张凯，等：径锻 AZ61 镁合金退火后晶粒长大及组织演变规律 41 isothermal-orthogonal annealing experiment,the average grain size and grain size distribution of samples under different an-nealing conditions were quantified,and the grain growth behavior and structure uniformity evolution of radial forged AZ61 magnesium alloy bars were analyzed.The grain size in radial forged AZ61 magnesium alloy tended to grow with annealing.At 250-300,the grain growth rate was relatively slow.As the annealing temperature increased,the grain growth rate increased,especially after the annealing temperature increased to 450,the grain growth rate increased significantly.When the annealing temperature was constant,the grains grew rapidly within the first 30 min of annealing.In the subsequent long time annealing,the grain growth rate gradually slowed down.Meanwhile,the ultrafine-grained bands in the forged samples gradually disap-peared during annealing,and the microstructure uniformity was improved significantly.In this work,the grain growth model of radial forged AZ61 magnesium alloy under isothermal conditions constructed by studying grain growth phenomenon is in good agreement with the experimental results.Combined with the evolution law of structure uniformity,the microstructure of radial forged AZ61 magnesium alloy after annealing can be well predicted.KEY WORDS:magnesium alloy;annealing;radial forging;grain growth;structure uniformity 镁合金具有密度低、比强度高及电磁屏蔽性能好等优异的材料属性，被广泛应用于航天、航空、车辆及高端电子产品等尖端领域，展现出良好的应用前景1-7。作为一种市场迫切需求的材料，高强度的镁合金棒材常采用挤压8-10和锻造11-13这 2 种塑性成形工艺制备。其中，挤压棒材组织织构强，力学性能各向异性明显，且棒材尺寸受模具限制不易调整；锻造棒材制备过程中存在易开裂、成材率低等缺点。目前，针对上述工艺存在的问题，相关学者提出一种新的高效的多向同步高频锻打镁合金棒材无裂成形工艺径向锻造14-15。经过相关数学模拟和试验研究，已证实该工艺能够低成本、高效率地制备出晶粒极度细化的高强韧化镁合金棒材16-17。然而，采用此种加工工艺获得的径锻镁合金棒材在后续退火中的晶粒长大及组织演变行为还有待研究。变形镁合金的退火行为遵循一定的基本规律，但不同塑性加工工艺下制备的变形镁合金后续退火行为普遍存在差异。Kong 等18对通过径轧工艺制备的细晶 AZ31 镁合金棒材进行退火行为研究时发现，在200400 的温度区间内退火时，径轧组织中出现了局部的异常晶粒长大，导致材料力学性能显著恶化。Gaurav 等19研究了冷轧态 Mg6Al3Sn 镁合金退火时的组织演变，发现退火时再结晶多发生在孪晶和双孪晶等高密度位错聚集区域，且随着退火温度的升高，再结晶速率加快。廖本洪等20通过退火工艺弱化了高温叠轧 AZ31 镁合金的基面织构，改善了其力学性能。朱涛等21对连续轧制 AZ31 镁合金板材进行退火处理时发现，在 200350 下退火时，组织晶粒缓慢长大；在 400 下退火时，晶粒发生异常长大现象。上述变形镁合金的退火行为之所以表现出明显差异，本质上是由于不同变形工艺所引发的变形组织间存在显著差异22。学者们研究发现，镁合金塑性加工后，变形组织中再结晶晶粒尺寸、再结晶程度、晶粒尺寸分布、残留位错密度及分布、第二相的尺寸、分布、形貌和密度，以及织构强度等因素都会对其后续退火行为产生一定影响。聂志诚等23对多向锻造 AZ31 镁合金退火组织进行研究时发现，基面织构组分晶粒具有晶粒长大优势，锻造合金的晶粒尺寸和基面织构强度随退火时间的延长和温度的升高而显著增大。何杰军等24对挤压态AZ60镁合金变形前后的低温退火行为进行了比较研究，发现因受到形变储能的影响，未变形样品退火时几乎没有第二相粒子析出，变形样品中第二相粒子在晶界、孪晶界和孪晶内大量析出。Mohseni 等25采用试验、解析模型和原子模拟等多种方式对照组合研究发现，热轧态 AZ61 镁合金中第二相粒子密度对晶粒生长动力学有显著影响，从而极大地影响了退火后样品的晶粒尺寸和组织均匀性。因此，针对径锻镁合金组织进行后续退火行为研究对该材料相关热处理工艺的合理制定及加工后产品的正确使用都具有十分重要的意义。文中以径向锻造 AZ61 镁合金棒材为研究对象，通过