纯镁温轧与冷拉拔中的动态再结晶、织构及性能的研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:moshi122
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纯镁的强度低、室温塑性差,一般不用为结构材料使用,但做为功能材料其却有着广泛的应用。纯镁可用于特种通讯电缆、电磁防护网、纯镁电池、心血管支架以及包装用纯镁箔等方面。迄今为止,有关纯镁塑性加工及塑性变形方面的研究和报导很少,且不系统,特别是大塑性变形的研究领域几乎为空白,做为镁合金塑性变形研究的基础,纯镁塑性变形研究具有重要的学术价值。因此本文纯镁温轧与冷拉拔的研究对填补纯镁大塑性变形研究和指导镁及镁合金塑性加工有着重要的现实意义。采用温轧工艺对纯镁的温变形进行研究。通过控制轧制变形程度和轧制温度获得了不同组织及织构的纯镁薄板,详尽地分析了轧制温度和变形程度对轧制纯镁薄板晶粒大小、织构、力学性能以及动态再结晶的影响,并对它们之间的相互关系进行了具体的分析。本课题中纯镁在低温下成功实现了道次变形程度80%的大塑性变形轧制,且不开裂。温轧变形以后,纯镁薄板的屈服强度、抗拉强度和延伸率可由铸态的40MPa、110MPa和4%,提高到轧向为152MPa、196MPa和7.5%,横向为198MPa、261MPa和11%,这已优于了AM系镁合金的性能。由于温轧纯镁薄板存在着明显的织构各向异性和较大的晶粒尺寸,使得其表现出明显的力学性能各向异性,本文就温轧纯镁薄板组织形貌、织构各向异性和晶粒尺寸对力学性能及其各向异性的影响作了具体的讨论。通过实验结果可知合适的道次变形量、充分的动态再结晶和细小的晶粒是控制薄板各向异性的最优途径。最终基于大量实验数据的基础上,建立了纯镁变形程度、轧制温度与晶粒尺寸以及再结晶比例之间关系的动态再结晶全图。采用热拉拔加工方法由直径为Φ10mm的热挤压纯镁棒材获得了直径为Φ2mm的线材。Φ2mm热拉纯镁线材经230℃、30min退火后,其屈服强度和抗拉强度分别为154MPa和231MPa,延伸率为14.2%。对退火后的Φ2mm纯镁线材进行连续冷拉拔,以便对纯镁的冷塑性变形进行研究。采用室温单道次小变形量、多道次拉拔的工艺,获得了累积变形程度高达99%的纯镁丝材,解决了纯镁难以在室温发生大塑性变形的问题。相对于镁合金,纯镁具有更低的加工硬化率,因此纯镁线材可不经过中间退火从直径Φ2mm直接拉拔到Φ0.22mm,大大提高了生产效率。借助透射电镜(TEM)、电子背散射衍射(EBSD),维氏显微硬度和室温拉伸试验等分析测试手段,系统地研究了累积变形程度从10%到90%纯镁丝材的微观组织、织构以及力学性能的特点。当累积变形程度在10~20%时,随着变形程度的增加组织内部形变带和孪晶数量逐渐增多;当变形程度超过20%以后,随着拉拔道次的增加组织内部的形变带和孪晶数量却逐渐减小,出现了类似再结晶组织的形貌;当变形程度达到70%后,组织内部的形变组织几乎消失,呈现出再结晶组织形貌。随着变形程度的增加,所获得线材的室温拉伸强度和硬度逐渐提高;可当累积变形程度超过50%以后所获得线材的室温拉伸强度和硬度却不再有太大的变化,这与热拉伸试验时由于动态再结晶的发生而表现出的应力的变化趋势极其相似。当变形程度为90%时,组织由原来的19μm细化到7μm左右。纯镁丝材经过多道次冷拉拔变形后表现为强烈的冷变形丝织构。由于细小的晶粒尺寸和强烈的丝织构,累积变形程度为90%的纯镁丝材的屈服强度和抗拉强度分别达到了228MPa和246MPa,其延伸率为7.3%。本文发现了纯镁冷拉拔时的连续动态再结晶现象,并对其进行了详尽的分析,结合本文实验结果分析得出了纯镁室温下连续动态再结晶行为的发生主要是由于其材料本身特性和拉拔过程中形成强烈的丝织构导致的。
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