D0I:10.13374/i.issnl001053x.2010.08.017 第32卷第8期 北京科技大学学报 Vol32 No 8 2010年8月 Journal ofUniversity of Science and Technobgy Bejjing Aug 2010 异速比对异步轧制A31镁合金板材组织和织构的影 响 李振 蔡庆伍江海涛孟强 北京科技大学高效轧制国家工程研究中心.北京100083 摘要采用不同异速比对AB1镁合金板材进行异步轧制，并将轧后样品进行显微组织和X射线衍射分析，研究异速比对 镁合金板材组织和织构转变的影响.结果表明：异速比的变化对晶粒形貌影响较大但晶粒细化效果不明显：当异速比为2800 时.板材内出现了长条晶粒：快速辊侧{0002}基面织构强度高于慢速辊侧，且板材两侧表面{0002}晶面的偏转方向相反：异速 比对基面织构的强度影响显著，随着异速比的增大，基面织构的强度先增加后下降.这种特殊的织构变化与异步轧制过程中 沿厚度方向引入的剪切变形有关. 关键词镁合金：异步轧制：组织；织构 分类号TG1462TG339 Effects of differential speed ratio on the m icrostructure and texture of AZ31 m agnesium a lloy sheets processed by differen tial speed rolling LI Zhen CAlQngwu JIANG Haitao MENG Qiang Na tioma l Eng ineering Resea ich Center brAdvanced Rolling Technoloey Un iversity of Science and Technobgy Beijng Beijing 100083 Chna ABSTRACT The effects of differental speed ratp on hem icrostrucue and the exure ofAZ31 m agnesium alloy sheets processed by d ifferential speed rollng(DSR)were investgaed by op ticalm icroscopy and X-ray diffraction anaysis The results show hatd ifferenti al speed rato has a sgn ificant effect on the grainmorphopgy but a little n fluence on the grain size As the differen tal speed ratp in creases p2 800 lot of long strp grains are pund The inensity of(0002)basal exures is much h Pher on the sie of fast rollng than on the side of spw rollng and he distrbu tias of0002)orientations are different beween he wo surfaces of the sheet Differen tal speed rato has also a great inflence an he stengh of basal texures and when the differen tial speed ratio increases he ntensity of(0002)basal textures increases firsty and hen reduces This special texture change could be attributed to shear defomatian nta duced throughout the thickness durng the differential speed rolling process KEY WORDS magnesim alloys differential speed rolling microstrucure texture 变形镁合金因其高的组织均匀性和细小的晶粒 弱镁合金板材的基面织构，提高其性能.目前关 而具有优于铸造镁合金的性能，但是，镁合金无论 于异步轧制工艺参数包括轧制温度、变形量和轧制 是热变形还是冷变形都产生强的基面织构和对应的 道次等对镁合金板材组织和织构的影响己有研 强各向异性，这使得镁合金轧板和挤压板的拉伸方 究3，但关于异速比对异步轧制镁合金组织及织 向是硬取向，一般只有约15%的延伸率，导致镁合 构的影响，文献报道较少.因此，本文以热挤压镁合 金的室温成形性较差，所以在加工过程中如何控制 金板材为原料，对其进行不同异速比的异步轧制，研 织构的强度和取向具有重要意义.已有研究表明， 究其组织和织构的演变，以期为工业化生产提供理 采用异步轧制(dif作ential speed rolling DS可减 论基础. 收稿日期：2009-08-18 基金项目：北京市高成长企业自主创新科技专项基金资助项目 作者简介：李振(1984)，男，硕士研究生：蔡庆伍(195，男，教授，博士生导师，E-ma1cai9@nec可used山cm
第 32卷 第 8期 2010年 8月 北 京 科 技 大 学 学 报 JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijing Vol.32 No.8 Aug.2010 异速比对异步轧制 AZ31镁合金板材组织和织构的影 响 李 振 蔡庆伍 江海涛 孟 强 北京科技大学高效轧制国家工程研究中心, 北京 100083 摘 要 采用不同异速比对 AZ31镁合金板材进行异步轧制, 并将轧后样品进行显微组织和 X射线衍射分析, 研究异速比对 镁合金板材组织和织构转变的影响.结果表明:异速比的变化对晶粒形貌影响较大但晶粒细化效果不明显;当异速比为 2.800 时, 板材内出现了长条晶粒;快速辊侧{0002}基面织构强度高于慢速辊侧, 且板材两侧表面{0002}晶面的偏转方向相反;异速 比对基面织构的强度影响显著, 随着异速比的增大, 基面织构的强度先增加后下降.这种特殊的织构变化与异步轧制过程中 沿厚度方向引入的剪切变形有关. 关键词 镁合金;异步轧制;组织;织构 分类号 TG146.2;TG339 EffectsofdifferentialspeedratioonthemicrostructureandtextureofAZ31 magnesium alloysheetsprocessedbydifferentialspeedrolling LIZhen, CAIQing-wu, JIANGHai-tao, MENGQiang NationalEngineeringResearchCenterforAdvancedRollingTechnology, UniversityofScienceandTechnologyBeijing, Beijing100083, China ABSTRACT TheeffectsofdifferentialspeedratioonthemicrostructureandthetextureofAZ31 magnesiumalloysheetsprocessedby differentialspeedrolling( DSR) wereinvestigatedbyopticalmicroscopyandX-raydiffractionanalysis.Theresultsshowthatdifferentialspeedratiohasasignificanteffectonthegrainmorphologybutalittleinfluenceonthegrainsize.Asthedifferentialspeedratioincreasesto2.800, lotsoflong-stripgrainsarefound.Theintensityof{0002}basaltexturesismuchhigheronthesideoffastrolling thanonthesideofslowrollingandthedistributionsof{0002}orientationsaredifferentbetweenthetwosurfacesofthesheet.Differentialspeedratiohasalsoagreatinfluenceonthestrengthofbasaltexturesandwhenthedifferentialspeedratioincreases, theintensity of{0002}basaltexturesincreasesfirstlyandthenreduces.Thisspecialtexturechangecouldbeattributedtosheardeformationintroducedthroughoutthethicknessduringthedifferentialspeedrollingprocess. KEYWORDS magnesiumalloys;differentialspeedrolling;microstructure;texture 收稿日期:2009--08--18 基金项目:北京市高成长企业自主创新科技专项基金资助项目 作者简介:李 振 ( 1984— ), 男, 硕士研究生;蔡庆伍 ( 1955— ), 男, 教授, 博士生导师, E-mail:caiqw@nercar.ustb.edu.cn 变形镁合金因其高的组织均匀性和细小的晶粒 而具有优于铸造镁合金的性能 .但是, 镁合金无论 是热变形还是冷变形都产生强的基面织构和对应的 强各向异性, 这使得镁合金轧板和挤压板的拉伸方 向是硬取向, 一般只有约 15%的延伸率, 导致镁合 金的室温成形性较差, 所以在加工过程中如何控制 织构的强度和取向具有重要意义.已有研究表明, 采用异步轧制 ( differentialspeedrolling, DSR) 可减 弱镁合金板材的基面织构, 提高其性能 [ 1--2] .目前关 于异步轧制工艺参数包括轧制温度 、变形量和轧制 道次等对镁合金板材组织和织构的影响已有研 究 [ 3--6] , 但关于异速比对异步轧制镁合金组织及织 构的影响, 文献报道较少 .因此, 本文以热挤压镁合 金板材为原料, 对其进行不同异速比的异步轧制, 研 究其组织和织构的演变, 以期为工业化生产提供理 论基础. DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2010.08.017
·1018 北京科技大学学报 第32卷 1实验 较广泛的变形镁合金牌号.除了A和四在A☑31 中加入了M四它的作用是改善合金的耐蚀性能， 1.1实验材料 且由于成分配方中所用的元素均为工业中常见元 实验所用的材料采用厚度为2.55m的A乃1 素，故该合金的成本较低.与铸态镁合金板材相 镁合金热挤压板材，具体化学成分如表1所示. 比，热挤压板材晶粒更加细小因而具有更好的可 A1属于MgA上Z系合金，是目前工业界使用 加工性 表1A31镁合金挤压板材合金成分（质量分数） Table 1 Conposition ofAZ31 magnesim alby extusion shee ts % Al Fe Cu Mn Ni Si Mg 280-3.10 1.04-1.17 00025 ≤0001702210-0.3210 ≤001 ≤0016 余量 1.2实验过程 电压40kY电流100mA结合透射法和反极图法测 从挤压板材上截取150mm义60m的板材作为 量(0002)晶面的晶粒取向密度，并通过计算机自动 轧前试样，将该试样在400℃下保温1h以便提高 分析得到试样的极图. 其可轧制性能.实验方式采用单道次轧制，变形温 2结果和讨论 度为300℃，变形量为20%，异速比分别为1.125 1.3001.700.2.0002.400和2800轧后试样直接 21显微组织 放入水中淬火，以保存其轧制状态下的组织.轧制 图1为异步轧制之前原始挤压板材的显微组织 过程中通过改变上下工作辊的直径来实现异步轧制 和(0002)晶面极图.可以看出，挤压板材组织极不 异速比的改变，上工作辊为小辊，下工作辊为大辊. 均匀，是由很细的再结晶晶粒和沿挤压方向拉长的 轧材和轧辊表面均无润滑，轧制方向平行于板材挤 粗大晶粒组成的混合组织，晶粒尺寸为6~200μm 压方向. 不等，形成原因可能是挤压态的变形组织在退火过 采用电火花线切割设备从所有轧后板材中部截 程中发生了部分再结晶，如图1（马所示：由图1(b 取用于金相观察和进行射线衍射的试样.将金相 可以清楚地看到，挤压后的A乃1镁合金板材中呈 试样沿轧制方向上的断面磨光，然后采用硝酸十甲 现很强的基面织构组分，其基面平行于板面，大部分 醇溶液电解抛光，采用苦味酸十冰醋酸溶液侵蚀，在 晶粒的(0002)晶面平行于挤压方向，晶粒取向分布 CarlZeiss)光学金相显微镜下进行组织观察.X射线 极值点向轧向的相反方向偏转了大约15°，与其他 衍射的试样经2000号砂纸磨平后，在Dm400X 金属类似，镁合金在挤压变形过程中形成了典型的 射线衍射仪上进行织构的测量，采用CuK射线，管 纤维织构 D -TD M7.0 图1AZ31镁合金挤压板材的组织（两和基面极图( Fg1 Microstrucure(a and(002)pole fire(b of a AZ31 magnesam alby hot extnded plte
北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 1 实验 1.1 实验材料 实验所用的材料采用厚度为 2.55 mm的 AZ31 镁合金热挤压板材, 具体化学成分如表 1 所示. AZ31属于 Mg--Al--Zn系合金, 是目前工业界使用 较广泛的变形镁合金牌号 .除了 Al和 Zn, 在 AZ31 中加入了 Mn, 它的作用是改善合金的耐蚀性能, 且由于成分配方中所用的元素均为工业中常见元 素, 故该合金的成本较低.与铸态镁合金板材相 比, 热挤压板材晶粒更加细小因而具有更好的可 加工性 . 表 1 AZ31镁合金挤压板材合金成分 (质量分数) Table1 CompositionofAZ31 magnesiumalloyextrusionsheets % Al Zn Fe Cu Mn Ni Si Mg 2.80 ～ 3.10 1.04 ～ 1.17 ≤0.002 5 ≤0.001 7 0.221 0 ～ 0.321 0 ≤0.01 ≤0.016 余量 1.2 实验过程 从挤压板材上截取 150mm×60mm的板材作为 轧前试样, 将该试样在 400 ℃下保温 1 h, 以便提高 其可轧制性能.实验方式采用单道次轧制, 变形温 度为 300 ℃, 变形量为 20%, 异速比分别为 1.125、 1.300、1.700、2.000、2.400和 2.800, 轧后试样直接 放入水中淬火, 以保存其轧制状态下的组织.轧制 过程中通过改变上下工作辊的直径来实现异步轧制 异速比的改变, 上工作辊为小辊, 下工作辊为大辊 . 轧材和轧辊表面均无润滑, 轧制方向平行于板材挤 压方向 . 采用电火花线切割设备从所有轧后板材中部截 取用于金相观察和进行 X射线衍射的试样 .将金相 试样沿轧制方向上的断面磨光, 然后采用硝酸 +甲 醇溶液电解抛光, 采用苦味酸 +冰醋酸溶液侵蚀, 在 CarlZeiss光学金相显微镜下进行组织观察 .X射线 衍射的试样经 2000 号砂纸磨平后, 在 Dmax1400X 射线衍射仪上进行织构的测量, 采用 CuKα射线, 管 电压 40 kV, 电流 100mA.结合透射法和反极图法测 量 ( 0002)晶面的晶粒取向密度, 并通过计算机自动 分析得到试样的极图. 2 结果和讨论 2.1 显微组织 图 1为异步轧制之前原始挤压板材的显微组织 和 ( 0002)晶面极图 .可以看出, 挤压板材组织极不 均匀, 是由很细的再结晶晶粒和沿挤压方向拉长的 粗大晶粒组成的混合组织, 晶粒尺寸为 6 ～ 200 μm 不等, 形成原因可能是挤压态的变形组织在退火过 程中发生了部分再结晶, 如图 1( a)所示;由图 1( b) 可以清楚地看到, 挤压后的 AZ31 镁合金板材中呈 现很强的基面织构组分, 其基面平行于板面, 大部分 晶粒的 ( 0002)晶面平行于挤压方向, 晶粒取向分布 极值点向轧向的相反方向偏转了大约 15°, 与其他 金属类似, 镁合金在挤压变形过程中形成了典型的 纤维织构 . 图 1 AZ31镁合金挤压板材的组织 ( a)和基面极图 ( b) Fig.1 Microstructure( a) and( 0002 ) polefigure( b) ofanAZ31 magnesiumalloyhot-extrudedplate · 1018·
第8期 李振等：异速比对异步轧制A31镁合金板材组织和织构的影响 1019 图2为双辊驱动，轧制温度300℃变形量 生导致新的取向，使得滑移在新取向的晶粒中发 20%,不同异速比下的异步轧制A31镁合金板材 生.根据孪晶生长的动力学理论和孪晶中的位错 金相组织照片. 生长机制可知，变形镁合金中存在{1011}压缩李 从图2可以看出，A乃1镁合金经过不同异速 比轧制后，样品的晶粒大小不均匀，晶粒内部都出 晶与{1012}拉伸孪晶.这两类孪晶在金相显微镜 现了大量的变形孪晶，孪晶方向与轧制方向（水平 中的形貌存在很大差异：{1012}拉伸孪品形貌是 方向为轧向)呈45°.其原因是镁合金具有密排六 呈宽的透镜状，晶界容易迁移：压缩孪晶的两侧界 方(hp结构，滑移系较少，且层错能低，滑移变形 面平直且平行，宽度很窄，说明压缩孪晶晶界不易 较困难，低的层错能降低了孪晶界的界面能，促使扩展.因此，图2的微观组织表明：随着异速比的 在位错开动前金属所受应力已达到孪生变形所需 增加，异步轧制板材中均出现压缩孪晶和拉伸孪 应力，发生李生？.李生有两个主要作用：一方面， 晶且两类孪晶的数量比例无规律可循，证明异速 孪生应变一定程度上满足塑性应变；另一方面，孪 比的变化对镁合金板材的孪生模式影响较小). 50四 50 250四 图2不同异速比下的AZ31镁合金轧制组织（号1.125(1.300(91700（山2000(92400（香2800 Fg 2 MicostucturesofAZ31 magnesim alky after hot olling Differentalspeed mt 1.125 b 1.300 (1.700 (d)2000 (9 2400(52800 同时，由图2还可以得出，随着异速比的增大， 要发生在晶界附近，大的形变长条晶粒应是逐渐被 晶粒沿着轧制方向被压扁拉长，晶粒细化效果不明 剪切而演变成的. 显.当异速比为2800时，试样内存在一些长条晶 另外，观察六种异速比下金相组织，没有发现大 粒，如图2（所示.这说明异速比的变化对晶粒形 量的动态再结晶晶粒.在镁合金热轧变形过程中， 貌影响较大，而对晶粒大小影响较小.关于镁合金 影响其金相组织变化的因素非常复杂，主要涉及位 在热轧过程中长条晶粒的形成有两种看法：一是认 错滑移、孪生和动态再结晶等因素.虽然A乃1镁合 为原来是等轴晶，高温下有合适的晶粒取向和足够 金的层错能较低，热轧时不易发生动态回复而易发 的独立滑移系（如滑移系）的开动，最终形 生动态再结晶，但与静态再结晶相比，动态再结晶需 成长条状，就像立方系金属晶粒的变形一样；二是认 要更大的临界变形程度才能发生，由于实验条件下 为它有原始等轴状粗大晶粒经高温条件下水平方向 轧辊未预热，实际轧制温度可能低于300℃，因此当 的不断剪切摩擦作用形成，大晶粒消失的慢而部分 道次压下量为20%时，变形时储能较低而使动态再 保留下来.杨平对含有这种晶粒的区域进行电 结晶发生得不够完全，金相组织中只有少量细小的 子背散射衍射分析，结果显示大的长条状形变晶粒 动态再结晶新晶粒 内亚晶界较少而晶粒内部菊池带质量较高，没有大 2.2织构 量位错滑移造成的不同方向的亚晶界，说明滑移主 图3为异速比为1.125、1.3001.7002.000
第 8期 李 振等 :异速比对异步轧制 AZ31镁合金板材组织和织构的影响 图 2 为双辊驱动, 轧制温度 300 ℃, 变形量 20%, 不同异速比下的异步轧制 AZ31镁合金板材 金相组织照片. 从图 2可以看出, AZ31镁合金经过不同异速 比轧制后, 样品的晶粒大小不均匀, 晶粒内部都出 现了大量的变形孪晶, 孪晶方向与轧制方向 (水平 方向为轧向 )呈 45°.其原因是镁合金具有密排六 方 ( hcp)结构, 滑移系较少, 且层错能低, 滑移变形 较困难, 低的层错能降低了孪晶界的界面能, 促使 在位错开动前金属所受应力已达到孪生变形所需 应力, 发生孪生 [ 7] .孪生有两个主要作用:一方面, 孪生应变一定程度上满足塑性应变 ;另一方面, 孪 生导致新的取向, 使得滑移在新取向的晶粒中发 生 .根据孪晶生长的动力学理论和孪晶中的位错 生长机制可知, 变形镁合金中存在 {101 - 1}压缩孪 晶与{101 - 2}拉伸孪晶 .这两类孪晶在金相显微镜 中的形貌存在很大差异:{10 1 - 2}拉伸孪晶形貌是 呈宽的透镜状, 晶界容易迁移 ;压缩孪晶的两侧界 面平直且平行, 宽度很窄, 说明压缩孪晶晶界不易 扩展.因此, 图 2的微观组织表明:随着异速比的 增加, 异步轧制板材中均出现压缩孪晶和拉伸孪 晶且两类孪晶的数量比例无规律可循, 证明异速 比的变化对镁合金板材的孪生模式影响较小 [ 8--9] . 图 2 不同异速比下的 AZ31镁合金轧制组织.( a) 1.125;( b) 1.300;( c) 1.700;( d) 2.000;( e) 2.400;(f) 2.800 Fig.2 MicrostructuresofAZ31 magnesiumalloyafterhotrolling.Differentialspeedratio:( a) 1.125;( b) 1.300;( c) 1.700;( d) 2.000;( e) 2.400;( f) 2.800 同时, 由图 2还可以得出, 随着异速比的增大, 晶粒沿着轧制方向被压扁拉长, 晶粒细化效果不明 显 .当异速比为 2.800 时, 试样内存在一些长条晶 粒, 如图 2( f)所示 .这说明异速比的变化对晶粒形 貌影响较大, 而对晶粒大小影响较小.关于镁合金 在热轧过程中长条晶粒的形成有两种看法 :一是认 为原来是等轴晶, 高温下有合适的晶粒取向和足够 的独立滑移系 (如 滑移系 )的开动, 最终形 成长条状, 就像立方系金属晶粒的变形一样;二是认 为它有原始等轴状粗大晶粒经高温条件下水平方向 的不断剪切摩擦作用形成, 大晶粒消失的慢而部分 保留下来.杨平 [ 10] 对含有这种晶粒的区域进行电 子背散射衍射分析, 结果显示大的长条状形变晶粒 内亚晶界较少而晶粒内部菊池带质量较高, 没有大 量位错滑移造成的不同方向的亚晶界, 说明滑移主 要发生在晶界附近, 大的形变长条晶粒应是逐渐被 剪切而演变成的. 另外, 观察六种异速比下金相组织, 没有发现大 量的动态再结晶晶粒 .在镁合金热轧变形过程中, 影响其金相组织变化的因素非常复杂, 主要涉及位 错滑移、孪生和动态再结晶等因素 .虽然 AZ31镁合 金的层错能较低, 热轧时不易发生动态回复而易发 生动态再结晶, 但与静态再结晶相比, 动态再结晶需 要更大的临界变形程度才能发生 .由于实验条件下 轧辊未预热, 实际轧制温度可能低于 300 ℃, 因此当 道次压下量为 20%时, 变形时储能较低而使动态再 结晶发生得不够完全, 金相组织中只有少量细小的 动态再结晶新晶粒 . 2.2 织构 图 3 为异速比为 1.125、1.300、1.700、2.000、 · 1019·
。1020 北京科技大学学报 第32卷 2.400和2800快（下表面）、慢（上表面）速辊侧 向(RD偏转了5~8°.上表面即慢速辊侧基面轴 (0002)晶面织构极图. 垂直于轧面，(0002)晶面平行于轧面，表现为典型 由图3可以看出，在六种异速比实验条件下，异 的镁合金热轧基面织构特征，且随着异速比的增大， 步轧制A31镁合金板材上下表面均表现为基面织 基面轴偏转角度变化不明显.另外，板材上下表 构特征，但其晶粒取向有所差别.与原始挤压板材 面的基面取向分布也有所不同，下表面(0002)晶面 相比，轧制板材下表面即快速辊侧(0002)晶面密度 取向沿轧向分布，而上表面基面取向分布则与轧向 极值点围绕板材横向(TD由法向(D)向轧向 相反.特别是当异速比为2.000时，下表面即快速 (RD偏转角度有所改变，轴偏转角度由轧制之前 辊侧基面取向强度分布偏向横向，原因可能与轧制 的15减小到5~8：即基面轴由法向(ND向轧 过程中柱面滑移的激活有关. 上表面 下表面 RD RD RD RD TD TD TD TD Max:10 Max:10 Max:10.8 Maxc:17.6 a RD RD RD RD TD TD TD TD Max:9.5 Max:17.0 Max:8.2 Max:12.7 (e) RD RD RD RD TD TD TD Max:11.2 Max:12.6 Max:10.5 Max:8.8 (e) (f) 图3不同异速比条件下异步轧制板材的(0002)晶面极图.（号1.125(1300(91.700(42000(9240m(豸2800 Fg 3 (0002)pole feures ofDSR Processed sheets D ifferential peed rat (a)1.125 (b 1.300 1.700 (d 2 000 (9 2 400 2800 图4是样品在轧制过程中，基面织构强度随异 大，(0002)晶面织构取向和强度沿厚向呈不对称分 速比的变化曲线. 布.这种织构取向和强度的不对称分布可能与异步 由图4可见，当异速比为1125时，与同步轧制 轧制特殊的变形过程有关.Km等)认为，同步轧 类似，板材上下表面基面织构强度差别不大.随着 制过程中，板材上下表面中性点（剪切应力方向发 异速比的不断增加，快速辊侧基面织构强度先增大 生改变的一点)的位置是固定不变的.但是，在异步 然后不断减小，而在慢速辊侧基面织构强度变化不 轧制过程中，作用剪切变形区上的轧制压力、摩擦力
北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 2.400和 2.800, 快 (下表面 ) 、慢 ( 上表面 ) 速辊侧 ( 0002)晶面织构极图. 由图 3可以看出, 在六种异速比实验条件下, 异 步轧制 AZ31镁合金板材上下表面均表现为基面织 构特征, 但其晶粒取向有所差别.与原始挤压板材 相比, 轧制板材下表面即快速辊侧 ( 0002)晶面密度 极值点围绕板材横向 ( TD) 由法向 ( ND) 向轧向 ( RD)偏转角度有所改变, c轴偏转角度由轧制之前 的 15°减小到 5 ～ 8°, 即基面 c轴由法向 ( ND) 向轧 向 ( RD)偏转了 5 ～ 8°.上表面即慢速辊侧基面 c轴 垂直于轧面, ( 0002) 晶面平行于轧面, 表现为典型 的镁合金热轧基面织构特征, 且随着异速比的增大, 基面 c轴偏转角度变化不明显 .另外, 板材上下表 面的基面取向分布也有所不同, 下表面 ( 0002)晶面 取向沿轧向分布, 而上表面基面取向分布则与轧向 相反 .特别是当异速比为 2.000时, 下表面即快速 辊侧基面取向强度分布偏向横向, 原因可能与轧制 过程中柱面滑移的激活有关 . 图 3 不同异速比条件下异步轧制板材的 ( 0002 )晶面极图.( a) 1.125;( b) 1.300;( c) 1.700;( d) 2.000;(e) 2.400;( f) 2.800 Fig.3 ( 0002 ) polefiguresofDSRprocessedsheets.Differentialspeedratio:(a) 1.125;( b) 1.300;( c) 1.700;( d) 2.000;( e) 2.400;( f) 2.800 图 4是样品在轧制过程中, 基面织构强度随异 速比的变化曲线 . 由图 4可见, 当异速比为 1.125时, 与同步轧制 类似, 板材上下表面基面织构强度差别不大.随着 异速比的不断增加, 快速辊侧基面织构强度先增大 然后不断减小, 而在慢速辊侧基面织构强度变化不 大, ( 0002)晶面织构取向和强度沿厚向呈不对称分 布.这种织构取向和强度的不对称分布可能与异步 轧制特殊的变形过程有关.Kim等 [ 11] 认为, 同步轧 制过程中, 板材上下表面中性点 (剪切应力方向发 生改变的一点 )的位置是固定不变的.但是, 在异步 轧制过程中, 作用剪切变形区上的轧制压力 、摩擦力 · 1020·
第8期 李振等：异速比对异步轧制A31镁合金板材组织和织构的影响 ·1021° 和张力与常规轧制不同，中性点的相对位置是变化 此外，研究表明，异速比增大，剪切力和压应力 的，快速辊侧指向出口方向，慢速辊侧指向入口方 同时增大，但剪切力增加的速率高于压应力2- 向.即与同步轧制相比，异步轧制的搓轧区与快、慢 当异速比较小(1.125和1.300)时压应力对晶体取 辊接触弧的摩擦阻力方向完全相反.快速辊侧板带 向转动的贡献大于剪切力，(0002)晶面平行于轧 的摩擦力指向出口方向，而慢速辊侧板带的摩擦力 面，试样形成了较强的基面织构，当异速比为1.300 指向入口，如图5所示.因此，在慢辊侧，剪切应 时基面织构强度最大.随着异速比的不断增大，大 力的方向指向入口，而在快辊侧剪切应力的方向指 于1.300时，剪切力弱化基面织构的作用逐渐增强 向出口，这与图2的基面取向分布方向相同.在轧 促使轴由法向向轧向发生了一定角度的偏转 件出口处，慢速辊侧的板材己完全脱离轧辊而快速 (0002)晶面择优取向减弱.因此，基面织构强度随 辊侧仍与轧辊相接触，因此快速辊侧存在很大的剪 异速比的变化表现为先增大后减小的趋势.虽然异 切应力和压应力且该侧金属发生了剪切滑动.所 速比为1.125和2.800时，基面织构强度相差不大 以，在快速辊侧产生大角度基面滑移，形成基面滑移 但由图3（马图3（可以看出两种试样的基面织构 织构，晶粒轴沿轧向的相反方向发生了轻微的偏 取向有所不同.异速比为1.125时(0002)晶面平行 转，如图5(b所示：而在慢速辊侧表面几乎不产生 于轧面，而异速比为2800时基面轴发生了偏转. 剪切变形，形成锥面滑移织构.从而使轧制过程中 同时，对比图2（马、图2（可知，两种异速比的金相 金属流动产生了特殊变化，快速辊侧基面织构强度 组织差异较大，在高异速比下(2.800时)试样内出 高于慢速辊侧且晶体取向沿板厚的分布呈非对称分 现了一些长条晶粒.这种不同异速比下组织和织构 布.尽管剪切应力对热轧镁合金板材织构的具体演 的差异将会对后续退火组织和织构的演变产生重要 变机理还有待进一步研究，结合图3和图4的结果， 影响，关于这一问题还有待于进一步的研究. 仍可以认为剪切力是基面织构弱化的一个重要 3结论 原因. (1)异速比对异步轧制镁合金板材的组织影响 。板材上表面 较小，但对织构的演变影响较大 ·板材下表面 16 (2)镁合金在六种异速比条件下，快速辊侧基 面轴由法向(ND向轧向(RD的偏转角度变化规 14 律不明显，而慢速辊侧基面轴并没有发生偏转，表 12 明异速比对基面轴偏转角度影响较小 10 (3)快、慢速辊侧基面取向分布方向与剪切应 力方向相同，说明沿板材厚度方向分布的剪切应力 1.0 1.82.22.6 3.0 是基面取向发生转动的重要原因. 异速比 (4)快速辊侧基面织构强度高于慢速辊侧，且 图4异步轧制过程中基面织构强度的变化 随着异速比的增加，(0002)晶面织构强度先增加后 F 4 Changes in intensity of basal textures durngD Processing 减小 参考文献 高速轧辊 【刂Huang X SuaukiK Mecha知icalProperties of MEALZn alby with a tilted basal texte obtained by differential speed oolling 水平线 Ma ter SciEng A 2008 488(1/2):214 Wanabe H MukaiT lhikava K Differential speed oolling of V>V an AZ31 magnesium alby and the resu ltngmechanical poperties V JMater S9200439(4):1477 ?摩擦力 低速轧辊 [3 Km W J Pak JD KmW Y Effect of differential peed iolling (b) 水平线 onm icrostructre and m echanical propenies of an A21 magnesi um a lby JAlbysCamPd 2008.460(1/2):289 图5异步轧制过程中的单向切变带()和晶粒的偏转( [4 WamnabeH MukaiT hkavaK Effect of tempemare of dif Fg 5 Undirectional shear bands a and grain rotaton(b durng ferental speed oolling a oon tempemature mechanical properties DSR Processing and tex ure in an Az31 magnesim a lby JMater Pocess Technol
第 8期 李 振等 :异速比对异步轧制 AZ31镁合金板材组织和织构的影响 和张力与常规轧制不同, 中性点的相对位置是变化 的, 快速辊侧指向出口方向, 慢速辊侧指向入口方 向 .即与同步轧制相比, 异步轧制的搓轧区与快 、慢 辊接触弧的摩擦阻力方向完全相反.快速辊侧板带 的摩擦力指向出口方向, 而慢速辊侧板带的摩擦力 指向入口, 如图 5所示 [ 6] .因此, 在慢辊侧, 剪切应 力的方向指向入口, 而在快辊侧剪切应力的方向指 向出口, 这与图 2的基面取向分布方向相同.在轧 件出口处, 慢速辊侧的板材已完全脱离轧辊而快速 辊侧仍与轧辊相接触, 因此快速辊侧存在很大的剪 切应力和压应力且该侧金属发生了剪切滑动 .所 以, 在快速辊侧产生大角度基面滑移, 形成基面滑移 织构, 晶粒 c轴沿轧向的相反方向发生了轻微的偏 转, 如图 5( b)所示;而在慢速辊侧表面几乎不产生 剪切变形, 形成锥面滑移织构.从而使轧制过程中 金属流动产生了特殊变化, 快速辊侧基面织构强度 高于慢速辊侧且晶体取向沿板厚的分布呈非对称分 布 .尽管剪切应力对热轧镁合金板材织构的具体演 变机理还有待进一步研究, 结合图 3和图 4的结果, 仍可以认为剪切力是基面织构弱化的一个重要 原因. 图 4 异步轧制过程中基面织构强度的变化 Fig.4 ChangesinintensityofbasaltexturesduringDSRprocessing 图 5 异步轧制过程中的单向切变带 ( a)和晶粒的偏转 ( b) Fig.5 Unidirectionalshearbands( a) andgrainrotation( b) during DSRprocessing 此外, 研究表明, 异速比增大, 剪切力和压应力 同时增大, 但剪切力增加的速率高于压应力 [ 12--13] . 当异速比较小 ( 1.125和 1.300)时压应力对晶体取 向转动的贡献大于剪切力, ( 0002) 晶面平行于轧 面, 试样形成了较强的基面织构, 当异速比为 1.300 时基面织构强度最大 .随着异速比的不断增大, 大 于 1.300时, 剪切力弱化基面织构的作用逐渐增强, 促使 c轴由法向向轧向发生了一定角度的偏转, ( 0002)晶面择优取向减弱 .因此, 基面织构强度随 异速比的变化表现为先增大后减小的趋势 .虽然异 速比为 1.125和 2.800时, 基面织构强度相差不大, 但由图 3( a) 、图 3( f)可以看出两种试样的基面织构 取向有所不同 .异速比为 1.125时 ( 0002)晶面平行 于轧面, 而异速比为 2.800时基面 c轴发生了偏转. 同时, 对比图 2( a) 、图 2( f)可知, 两种异速比的金相 组织差异较大, 在高异速比下 ( 2.800时 )试样内出 现了一些长条晶粒 .这种不同异速比下组织和织构 的差异将会对后续退火组织和织构的演变产生重要 影响, 关于这一问题还有待于进一步的研究 . 3 结论 ( 1) 异速比对异步轧制镁合金板材的组织影响 较小, 但对织构的演变影响较大. ( 2) 镁合金在六种异速比条件下, 快速辊侧基 面 c轴由法向 ( ND)向轧向 ( RD)的偏转角度变化规 律不明显, 而慢速辊侧基面 c轴并没有发生偏转, 表 明异速比对基面 c轴偏转角度影响较小 . ( 3) 快、慢速辊侧基面取向分布方向与剪切应 力方向相同, 说明沿板材厚度方向分布的剪切应力 是基面取向发生转动的重要原因 . ( 4) 快速辊侧基面织构强度高于慢速辊侧, 且 随着异速比的增加, ( 0002)晶面织构强度先增加后 减小 . 参 考 文 献 [ 1] HuangXS, SuzukiK.MechanicalpropertiesofMg-Al-Znalloy withatiltedbasaltextureobtainedbydifferentialspeedrolling. MaterSciEngA, 2008, 488( 1/2 ) :214 [ 2] WatanabeH, MukaiT, IshikawaK.Differentialspeedrollingof anAZ31 magnesiumalloyandtheresultingmechanicalproperties. JMaterSci, 2004, 39( 4 ) :1477 [ 3] KimW J, ParkJD, KimW Y.Effectofdifferentialspeedrolling onmicrostructureandmechanicalpropertiesofanAZ91 magnesiumalloy.JAlloysCompd, 2008, 460( 1 /2) :289 [ 4] WatanabeH, MukaiT, IshikawaK.Effectoftemperatureofdifferentialspeedrollingonroomtemperaturemechanicalproperties andtextureinanAZ31 magnesiumalloy.JMaterProcessTechnol, · 1021·
。1022 北京科技大学学报 第32卷 2007182(1-3):644 recrysalliza tin at compression wins in a magnesim alpy AZ31 【习Huang X SuzukiK Watazu A et a]Effects of thickness re Mater Sci Eng42009517(1,2):160 duction Per pass on micostmucuure and texure ofMg3Al Zn alby [10 Yarg P Eleaon Backscatered Diffractin Technopgy and Appli sheet pocessed by differential speed lling Scrpta Ma ter 2009. catin Beijing Men llugical hdustey Press 2007 6011):964 (杨平.电子背散射衍射技术及其应用.北京：治金工业出版 [6 Huang X Suakik Watzu A et al Micostuctue and tex 社，2007) ure ofMgAlZn alk Processed by differential speed rolling J 1 Km SH You BS Ym CD Texure andm crostrucure chan AlbysConP200847(1/2:408 ges n asymmetrically hot rol led AZ31 magnesim a lky sheets 【刀MaoW M Zhao X B Reco's llizatin and Grain Gowth ofMet Ma terLett200559(2930):3876 a]Beijing Metallurgical ndustry Press 1994 【l☑Km K H LeeDN Am ysis of depmation exmesofasynmet (毛卫民，赵新兵.金属的再结品与品粒长大.北京：治金工业 ricaly rolled akm num sheets Acm Ma ter 2001.49 (13 出版社，1994) 2583 I8]ChenZH WroughtMagnesium Albys Beijng Chom cal hdus [13 LiH T Stress sme ad olling prce of entire coss sthear col ty Pres 2005 rolling JUniv SciTehnolBeijng 1982(3):B39 (陈振华.变形镁合金.北京：化学工业出版社，2005) (李弘提。全异步轧制的应力状态及轧制力.北京科技大学 [9 LiX Yangp Wang LN et al Orienn tioml analysis of static 学报，1982(3)片139)
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