AZ31镁合金热精轧及热处理工艺实验研究

AZ31镁合金热精轧及热处理工艺实验研究

刘桂荣1

,王忠堂1

,郑文涛2

,张士宏

2

(1.沈阳理工大学材料科学与工程学院,辽宁沈阳110168;2.中国科学院金属研究所)

摘　要:采用单向轧制的方法对不同轧制温度、道次压下量等工艺条件下所制备的AZ31镁合金板材的组织进行了研究.结果表明,多道次轧制时,单道次压下量为25%

时所得到的晶粒最为细小均匀;轧制温度为300℃和400℃时对板材的微观组织没有明

显影响;热处理时,保温时间为30m in 的情况下,在温度低于150℃时,轧制板材再结晶不完全,温度超过350℃时轧制板材再结晶组织粗大,在250℃到300℃进行热处理得到

的晶粒为5μm 左右;在320℃保温15m in 就可以达到再结晶,再继续增加保温时间到120m in 对组织几乎没有影响,说明在热处理时前一段时间组织发生再结晶变化,当组

织转变完毕,延长保温时间对组织转变没有明显影响.关键词:AZ31镁合金;板材轧制;微观组织;热处理

中图分类号:TG146.22　　　文献标识码:A

Exper i m en t a l Study on Hot F i n e Rolli n g and Hea t Trea t m en t

Processi n g of the AZ 31M agnesi um A lloy L I U Gui 2r ong 1

,WANG Zhong 2tang 1

,ZHENG W en 2tao

2

(1.Shenyang L igong University,Shenyang 110168,China;2.I nstitute of Metal Research,Chinese Acade mmy of Sciences )

Abstract:The m icr ostructure of AZ31magnesium all oy sheet p r oduced by one -directi on r olling at the conditi on of different r olling te mperature and different reducti on in pass is stud 2ied .The result shows that in multi 2pass r olling,the unif or m grains can be generated by the 25%pass reducti on .The te mperature of 300℃and 400℃has no affecti on t o the m icr ostruc 2ture of the sheets;The m icr ostructure of the AZ31magnesiu m all oy sheet with annealing heat treat m ent under vari ous conditi ons is investigated .The results show that when the heat treat 2ment te mperature is increased fr o m 150℃and 400℃,the grains gr ow and t w in disappear .The grains of 5u m can be reached bet w een the te mperature of 250℃and 300℃.Grain size has little i m pact as the keep ing ti m e is p r ol onged .It sho ws that the transiti on of recrystalliza 2ti on begins during the f or mer peri od of heating p r ocedure .

Key words:AZ31magnesium all oy;sheet r olling;m icr ostructure;heat treat m ent

收稿日期:2007-06-27

作者简介:刘桂荣(1978—),女,内蒙古包头人,硕士研究生1

　　镁合金是目前工程应用中最轻的一种金属材

料,具有较高的比强度、良好的比热性和减震性等

特点[1]

.为了节约资源、保护环境、减少公害和使产品轻量化,近年来镁合金在汽车工业、航空航天以及3C 行业得到了广泛的应用.进入21世纪以

2007年12月　　　　　　　

沈阳理工大学学报　　　　　　　　　　Vol.

26No .6第26卷第6期　

TRANS ACTI O NS OF

SHENY ANG L I G ONG UN I V ERSI TY

Dec .

2

7

来,以变形镁合金为主的第二次镁合金时代已经

来临[2～5]

.而在镁合金塑性成形技术中,轧制及其制品在工业中占据重要地位.变形镁合金板材的力学性能主要受晶粒度、晶粒尺寸分布及晶粒取向分布的综合影响.而轧制工艺参数主要是通过影响镁合金的塑性变形机制来决定材料的最终组织,即通过控制回复和动态再结晶过程来实现,并

成为决定板材最终性能的最重要因素[6]

.国外研究表明,采用异步轧制方法制备镁合金板材,可使其晶粒得到细化,基面织构减弱,力学性能提

高[7～8]

.国内学者通过对轧制方式、道次间退火、轧后板材退火、双辊连续铸轧等方面对镁合金板材轧制进行了研究[9～12]

.目前存在的主要问题是轧制后的板材组织不均匀,各向异性严重、且生产1mm 以下的薄板比较困难.为了满足用户对板材微观组织及性能的不同需求,同时节约生产成本,提高产品质量,本文主要从轧制压下量、温度、热处理三个方面研究生产1mm 以下薄板的轧制及热处理工艺.

1　精轧实验方案

　　实验材料:AZ31镁合金轧制板材,厚度1ε.

AZ31合金的化学成分(质量分数为:3%A l 、1%Zn 、012%Mn,其余为Mg ).

实验设备:双辊轧机,工作辊尺寸为φ130ε×265ε.

精轧工艺方案:通过两组实验来研究轧制压下量和轧制温度对板材微观组织的影响,实验采用的轧制方式为单向轧制,轧制速度为0115m /s,

轧辊温度为室温,坯料用电阻炉加热.第一组轧制实验是将初始厚度为1ε的镁合金板材经过三种轧制工艺轧制,制备了三个试件.1号试件是经过四个道次,每次的道次变形量为15%.2号试件经过三个道次,每次的道次变形量为25%.3号试件经过两个道次,每次的道次变形量为35%.轧制的板材温度均为400℃;第二组实验是将与第一组厚度相同的板材经过两种轧制工艺轧制,分别制备了试件4和试件5.4号试件的轧制温度为300℃,5号试件的轧制温度为400℃.两者都进行单道次

轧制,道次变形量均为35%.在轧制纵截面取样,在LE I CAMEF4M 光学显微镜下进行微观组织观

察.2　精轧实验结果分析2.1　多道次轧制时道次压下量对微观组织的影

响

　　试件1、2、3经过320℃保温30m in 的热处理

后的微观组织如图1所示.其中2号试件所得到的板材的晶粒度最为细小、均匀.在轧制过程中,如果变形量太小,只有处于有利取向的晶粒参与变形,这种变形的不协调导致后续加热或热处理时,部分晶粒没有发生再结晶,而且吞并周围的再结晶小晶粒进一步长大,如果变形量过大,后续加热温度过高或保温时间过长也会导致晶粒长大.所以单道次压下量为25%所得到的晶粒组织最为细小均匀

.

图1　多道次轧制时单道次变形量的影响

2.2　轧制温度对微观组织的影响

试件4和5经过320℃保温30m in 的热处理

后,进行微观组织的观察,分析轧制温度对板材的

影响.在两种轧制温度下得到的板材微观组织都

比较细小,平均晶粒尺寸在10

μm 左右,如图2所・

76・第6期　　　　　　　刘桂荣等:AZ31镁合金热精轧及热处理工艺实验研究

示.观察板材的微观组织发现在300℃和400℃时微观组织没有明显变化.说明300℃～400℃范围

内轧制时,对组织没有明显影响

.

图2　轧制温度对微观组织的影响

3　轧后热处理工艺对微观组织的影

响

3.1　轧制后热处理温度对微观组织的影响

对试样2分别进行150℃、200℃、250℃、300℃、350℃、400℃保温30m in 的热处理,然后进行微观组织观察如图3所示.在150℃保温30m in 后,轧制板材主要是变形组织,一些大晶粒内可以观察到变形孪晶;在200℃保温30m in 后,轧制板材发生了部分再结晶,新生的再结晶晶粒比较细小,但依然可以观察到变形组织,少数大晶粒内还

有孪晶存在;到温度增加到250℃和300℃,保温

30m in 后,轧制板材基本发生了完全的再结晶,晶

粒组织细小均匀,平均晶粒度在5

μm 左右;到温度再升到350℃,保温30m in 后,可以发现晶粒长

大,随着热处理温度的进一步增加,到400℃时,晶

粒进一步长大,平均晶粒尺寸为10

μm 左右.实验表明,相同的保温时间,热处理温度为150℃,轧制板材不能发生再结晶,温度高于350℃虽然发生了再结晶,但是晶粒尺寸变大.热处理温度在250℃到300℃之间,可以得到完全的再结晶组织,而且

晶粒尺寸为5

μm 左右

.图3　热处理温度对微观组织的影响

3.2　轧制后热处理保温时间对微观组织的影响

试样2在320℃进行了15m in 、30m in 、60m in 、120m in 不同的保温时间的热处理,结果表明,保温

15m in 即发生了完全的再结晶.保温时间延长到120m in,晶粒没有发生明显的长大如图4所示.说

明晶粒在发生再结晶后延长保温时间对热处理影响不大,所以在热处理时保温时间不宜太长.

・

86・沈阳理工大学学报　　　　　　　　　　　　　　2007年

图4　热处理保温时间对微观组织的影响

4　结论

　　(1)在多道次轧制中,单道次变形量25%所得到的板材具有最细小的微观组织.

(2)在所进行的镁合金板材的轧制实验中,坯料轧制温度300℃和400℃对最终热处理后的微观组织没有明显影响.

(3)镁合金板材的热处理温度对微观组织有明显的影响,在保温时间为30m in 的情况下,在温度低于150℃时主要是变形组织;温度超过350℃,轧制板材完全再结晶且组织粗大,在250℃和300℃进行热处理比较理,想得到的晶粒为5

μm.(4)在320℃保温15m in 就可以达到再结晶,再继续增加保温时间到120m in 对组织几乎没有影响,说明热处理时在某一温度,前一段时间组织发生变化,当组织转变完毕,延长保温时间对组织没有明显影响.

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96・第6期　　　　　　　刘桂荣等:AZ31镁合金热精轧及热处理工艺实验研究