AZ31镁合金的热变形加工图及其应用

D0L:10.13374.issn1001-053x.2012.07.013 第34卷第7期 北京科技大学学报 Vol.34 No.7 2012年7月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jul.2012 AZ31镁合金的热变形加工图及其应用 江海涛 陆春洁四 段晓鸽唐 获 李志超 北京科技大学高效轧制国家工程研究中心，北京100083 ☒通信作者，E-mail:jic0905@sina.cn 摘要为了确定AZ31镁合金轧制工艺参数，利用Gleeble-3500热模拟试验机进行热压缩试验以测试其热变形行为，并根 据动态材料模型理论得到其热加工图.当变形温度为380-400℃、应变速率为3~12s时，功率耗散效率大于30%，属于动 态再结晶峰区：在该区域进行异步轧制变形退火处理后得到平均晶粒直径为2.3μm的细晶组织，抗拉强度为322.7MP,延伸 率为19.6%.当应变速率大于15s1时，属于流变失稳区，250-300℃低温加工时合金的塑性显著降低，350~400℃高温加工 时合金出现混晶组织 关键词镁合金：热加工：变形：流变失稳：动态再结晶：压缩试验 分类号TG146.2*2 Hot deformation processing map of AZ31 magnesium alloy and its application JIANG Hai-tao,LU Chun-jie,DUAN Xiao-ge,TANG Di,LI Zhi-chao National Engineering Research Center for Advanced Rolling Technology,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:jie0905@sina.cn ABSTRACT To determine the deformation parameters of AZ31 magnesium alloy,the hot deformation behavior of the alloy was inves- tigated by hot compression testing on a Gleeble-3500 stimulator.The principle of dynamic material modeling was used to develop the hot processing map.There is a dynamic recrystallization peak zone in the processing map at temperatures from 380 to 400C and strain rates from 3 to 12s,and the efficiency of power dissipation is more than 30%.A fine equiaxed grain size of 2.3 um could be achieved when differential speed rolling is processed in this region.The tensile strength is 322.7 MPa and the elongation is 19.6%.At strain rates of 15 to 50s,there are two flow instability zones:at temperatures of 250 to 300 C the ductility of the alloy decreases obviously,but at temperatures of 350 to 400C the alloy has a mischcrystal structure. KEY WORDS magnesium alloys;hot working:deformation:flow instability:dynamic recrystallization:compression testing 镁及其合金是目前工业上可应用的最轻的金 面质量、细化晶粒、降低轧制压力、提高轧机的轧 属结构材料，具有许多优点，广泛应用于汽车、计 薄能力以及减少生产流程等优点6，有希望成为 算机、电子通讯和航空航天等领域四.由于镁合金 简单高效地生产镁合金板带工艺.本文采用加工 是密排六方晶体结构，塑性变形能力差，且对温度 图来研究AZ31镁合金的高温变形特点及组织演 很敏感，这是制约镁合金应用的重要因素回.众多 变规律，合理准确地确定镁合金的轧制工艺，并通 研究者提出多种工艺来提高镁合金的成形性能， 过异步轧制实验进行验证. 其中晶粒细化是提高镁合金材料成形性能的有效 1实验材料及方法 途径.目前常用的晶粒细化工艺有等通道角挤 压)、大应变轧制、往复挤压四和异步轧制等.对 实验用材料是工业挤压态AZ31镁合金板材 于薄板材生产来说，轧制是最常用的工艺.与同步 (厚度为18mm)和卷材（厚度为2.8mm),具体成分 轧制相比，大压下异步轧制具有控制织构、改善表 如表1所示. 收稿日期：201105-24 基金项目：“十二五”国家镁合金科技支撑项目(2011BAE22BO3)

第 34 卷 第 7 期 2012 年 7 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 34 No． 7 Jul． 2012 AZ31 镁合金的热变形加工图及其应用 江海涛 陆春洁 段晓鸽 唐 荻 李志超 北京科技大学高效轧制国家工程研究中心，北京 100083 通信作者，E-mail: jie0905@ sina． cn 摘 要 为了确定 AZ31 镁合金轧制工艺参数，利用 Gleeble--3500 热模拟试验机进行热压缩试验以测试其热变形行为，并根 据动态材料模型理论得到其热加工图． 当变形温度为 380 ～ 400 ℃、应变速率为 3 ～ 12 s － 1 时，功率耗散效率大于 30% ，属于动 态再结晶峰区; 在该区域进行异步轧制变形退火处理后得到平均晶粒直径为 2. 3 μm 的细晶组织，抗拉强度为 322. 7 MPa，延伸 率为 19. 6% ． 当应变速率大于 15 s － 1 时，属于流变失稳区，250 ～ 300 ℃低温加工时合金的塑性显著降低，350 ～ 400 ℃高温加工 时合金出现混晶组织． 关键词 镁合金; 热加工; 变形; 流变失稳; 动态再结晶; 压缩试验 分类号 TG146. 2 + 2 Hot deformation processing map of AZ31 magnesium alloy and its application JIANG Hai-tao，LU Chun-jie ，DUAN Xiao-ge，TANG Di，LI Zhi-chao National Engineering Research Center for Advanced Rolling Technology，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China Corresponding author，E-mail: jie0905@ sina． cn ABSTRACT To determine the deformation parameters of AZ31 magnesium alloy，the hot deformation behavior of the alloy was inves￾tigated by hot compression testing on a Gleeble-3500 stimulator． The principle of dynamic material modeling was used to develop the hot processing map． There is a dynamic recrystallization peak zone in the processing map at temperatures from 380 to 400 ℃ and strain rates from 3 to 12 s － 1 ，and the efficiency of power dissipation is more than 30% ． A fine equiaxed grain size of 2. 3 μm could be achieved when differential speed rolling is processed in this region． The tensile strength is 322. 7 MPa and the elongation is 19. 6% ． At strain rates of 15 to 50 s － 1 ，there are two flow instability zones: at temperatures of 250 to 300 ℃ the ductility of the alloy decreases obviously，but at temperatures of 350 to 400 ℃ the alloy has a mischcrystal structure． KEY WORDS magnesium alloys; hot working; deformation; flow instability; dynamic recrystallization; compression testing 收稿日期: 2011--05--24 基金项目: “十二五”国家镁合金科技支撑项目( 2011BAE22B03) 镁及其合金是目前工业上可应用的最轻的金 属结构材料，具有许多优点，广泛应用于汽车、计 算机、电子通讯和航空航天等领域［1］． 由于镁合金 是密排六方晶体结构，塑性变形能力差，且对温度 很敏感，这是制约镁合金应用的重要因素［2］． 众多 研究者提出多种工艺来提高镁合金的成形性能， 其中晶粒细化是提高镁合金材料成形性能的有效 途径． 目前常用的晶粒细化工艺有等通道角挤 压［3］、大应变轧制、往复挤压［4］和异步轧制等． 对 于薄板材生产来说，轧制是最常用的工艺． 与同步 轧制相比，大压下异步轧制具有控制织构、改善表 面质量、细化晶粒、降低轧制压力、提高轧机的轧 薄能力以及减少生产流程等优点［5--6］，有希望成为 简单高效地生产镁合金板带工艺． 本文采用加工 图来研究 AZ31 镁合金的高温变形特点及组织演 变规律，合理准确地确定镁合金的轧制工艺，并通 过异步轧制实验进行验证． 1 实验材料及方法 实验用材料是工业挤压态 AZ31 镁合金板材 ( 厚度为 18 mm) 和卷材( 厚度为 2. 8 mm) ，具体成分 如表 1 所示． DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2012.07.013

第7期 江海涛等：AZ31镁合金的热变形加工图及其应用 ·809· 表1AZ31镁合金挤压板的化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of AZ31 magnesium alloy % Al Zn Cu Mn Ni Mg 2.80-3.10 1.04~1.17 ≤0.0025 ≤0.0017 0.221~0.321 ≤0.01 ≤0.016 余量 热模拟试样取自厚度为18mm经400℃保温 过程中发生了部分动态再结晶切 15min热处理后的挤压板材，微观组织如图1(a)所 异步轧制试样取自厚度为2.8mm经350℃保 示.板材组织为很细的再结晶晶粒和沿挤压方向拉 温30min热处理后的挤压板材，微观组织如图1(b) 长的粗大晶粒组成的混合组织，晶粒尺寸从6~ 所示.平均晶粒直径为44.1μm,抗拉强度σ，为 200μm不等.其形成原因是大晶粒的镁锭在热挤压 238.6MPa,延伸率为12.4%. a 200um 图1AZ31镁合金工业挤压板材微观组织.(a)厚度18mm板材：(b)厚度2.8mm板材 Fig.I Microstructures of as-received AZ31 magnesium alloy extrusion sheets:(a)sheet with a thickness of 18 mm;(b)sheet with a thickness of 2.8mm 热模拟试验在Gleeble--35O0热模拟试验机上 镁合金热压缩变形时的流变应力曲线呈现出明显的 进行，试样规格为8mm×15mm的圆柱体.试验条 单峰型动态再结晶曲线特征，即随着真应变的增加， 件为：以10℃·s的速度加热至变形温度，变形方 流变应力迅速上升，出现一峰值后逐渐下降，当真应 式为等温、恒应变速率轴向压缩，压缩后的试样立即 变达到一定量后，流变应力基本不变.这说明在变 水淬，保留变形形貌.具体的变形参数：(1)变形温 形过程中，金属内部不断进行着硬化和软化两种相 度为250、300、350和400℃；(2)变形速率为0.5、1、 互竞争的过程. 2、3、20和50s-1. 2.2AZ31镁合金加工图的建立及分析 轧制试样规格为120mm×60mm×2.8mm,退 根据动态材料模型加工图理论，对高温压 火处理后，进行异步轧制，轧机上下辊直径分别为 缩试验数据进行修正)，从中获得不同应变量、应 140mm和120mm,速度为0.8r·s-1.轧制工艺参 变速率及变形温度对应的应力值，绘制应变为0.1~ 数：(1)变形温度为400℃，道次压下率为20%~ 0.8的热加工图.各应变下的加工图形状以及特征 25%,轧4道次，应变速率为9.8~12.1s-1;(2) 大致类似.本文主要分析应变为0.4时的加工图， 变形温度为400℃，道次压下率为40%~45%，轧2 如图3所示. 道次，应变速率为15.3~19.7s1;(3)变形温度为 加工图轮廓线上的数字代表功率耗散效率，即 250℃，道次压下率为40%~45%，轧1道次，应变 材料在高温变形过程中显微组织的变化率。对于镁 速率为15.3~16.3s-1.轧后在300℃下保温10min 合金来说，当功率耗散效率大于30%时会发生动态 退火. 再结晶.从图3可以看出，变形温度为380~400℃， 2实验结果及分析讨论 应变速率为3~12s时，功率耗散效率大于30%. 选择该峰区内临近峰值的变形试样观察其微观组 2.1真应力一真应变曲线 织，如图4所示.组织的不均匀性较挤压态显著减 热压缩试验得到的真应力一真应变曲线特征相 轻，晶粒呈等轴状，尺寸细小均匀，晶界弯曲，属于典 似.图2给出了应变速率为3.0s-1和20s-1时的热 型的动态再结晶组织，结合峰区内的真应力一应变 压缩真应力-真应变曲线.由图2可以看出，AZ31 曲线出现流变应力降低的现象，可以确定该区域是

第 7 期 江海涛等: AZ31 镁合金的热变形加工图及其应用 表 1 AZ31 镁合金挤压板的化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of AZ31 magnesium alloy % 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. 321 ≤0. 01 ≤0. 016 余量 热模拟试样取自厚度为 18 mm 经 400 ℃ 保温 15 min热处理后的挤压板材，微观组织如图 1( a) 所 示． 板材组织为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 从6 ～ 200 μm不等． 其形成原因是大晶粒的镁锭在热挤压 过程中发生了部分动态再结晶［7］． 异步轧制试样取自厚度为 2. 8 mm 经 350 ℃ 保 温 30 min 热处理后的挤压板材，微观组织如图 1( b) 所示． 平均晶粒直径为 44. 1 μm，抗拉强度 σb 为 238. 6 MPa，延伸率为 12. 4% ． 图 1 AZ31 镁合金工业挤压板材微观组织． ( a) 厚度 18 mm 板材; ( b) 厚度 2. 8 mm 板材 Fig． 1 Microstructures of as-received AZ31 magnesium alloy extrusion sheets: ( a) sheet with a thickness of 18 mm; ( b) sheet with a thickness of 2. 8 mm 热模拟试验在 Gleeble--3500 热模拟试验机上 进行，试样规格为 8 mm × 15 mm 的圆柱体． 试验条 件为: 以 10 ℃·s － 1 的速度加热至变形温度，变形方 式为等温、恒应变速率轴向压缩，压缩后的试样立即 水淬，保留变形形貌． 具体的变形参数: ( 1) 变形温 度为250、300、350 和400 ℃ ; ( 2) 变形速率为0. 5、1、 2、3、20 和 50 s － 1 ． 轧制试样规格为 120 mm × 60 mm × 2. 8 mm，退 火处理后，进行异步轧制，轧机上下辊直径分别为 140 mm 和 120 mm，速度为 0. 8 r·s － 1 ． 轧制工艺参 数: ( 1) 变形温度为 400 ℃，道次压下率为 20% ～ 25% ，轧 4 道次，应变速率［8］为 9. 8 ～ 12. 1 s － 1 ; ( 2) 变形温度为 400 ℃，道次压下率为 40% ～ 45% ，轧 2 道次，应变速率为 15. 3 ～ 19. 7 s － 1 ; ( 3) 变形温度为 250 ℃，道次压下率为 40% ～ 45% ，轧 1 道次，应变 速率为 15. 3 ～ 16. 3 s － 1 ． 轧后在 300 ℃下保温 10 min 退火． 2 实验结果及分析讨论 2. 1 真应力--真应变曲线 热压缩试验得到的真应力--真应变曲线特征相 似． 图 2 给出了应变速率为 3. 0 s － 1 和 20 s － 1 时的热 压缩真应力 － 真应变曲线． 由图 2 可以看出，AZ31 镁合金热压缩变形时的流变应力曲线呈现出明显的 单峰型动态再结晶曲线特征，即随着真应变的增加， 流变应力迅速上升，出现一峰值后逐渐下降，当真应 变达到一定量后，流变应力基本不变． 这说明在变 形过程中，金属内部不断进行着硬化和软化两种相 互竞争的过程． 2. 2 AZ31 镁合金加工图的建立及分析 根据动态材料模型加工图理论［9--12］，对高温压 缩试验数据进行修正［13］，从中获得不同应变量、应 变速率及变形温度对应的应力值，绘制应变为0. 1 ～ 0. 8 的热加工图． 各应变下的加工图形状以及特征 大致类似． 本文主要分析应变为 0. 4 时的加工图， 如图 3 所示． 加工图轮廓线上的数字代表功率耗散效率，即 材料在高温变形过程中显微组织的变化率． 对于镁 合金来说，当功率耗散效率大于 30% 时会发生动态 再结晶． 从图 3 可以看出，变形温度为 380 ～ 400 ℃， 应变速率为 3 ～ 12 s － 1 时，功率耗散效率大于 30% ． 选择该峰区内临近峰值的变形试样观察其微观组 织，如图 4 所示． 组织的不均匀性较挤压态显著减 轻，晶粒呈等轴状，尺寸细小均匀，晶界弯曲，属于典 型的动态再结晶组织，结合峰区内的真应力--应变 曲线出现流变应力降低的现象，可以确定该区域是 ·809·

·810· 北京科技大学学报 第34卷 160 (a) 240r 3.08- 200 20×1 0 -250℃ 300℃ 160 80 350℃ 400℃ 80 40 40 0.2 0.40.60.81.0 0.2 0.40.6 0.81.0 应变 应变 图2AZB1镁合金热压缩真应力应变曲线.(a)应变速率为3.0s1:(b)应变速率为20s1 Fig.2 Hot compressive true stress-strain curves of AZ31 magnesium alloy:(a)strain rate of 3.0s-1:(b)strain rate of 20s-1 400 Aa) 400 (b) 动态再 380 380 结晶区 高温 失稳区 360 340 340 320 320 可加工区 26 300 300 i821 74 280 16 低温 260 一功率耗散效率/% 260 失稳区 3 0 3 In(E/s-) In(e/s-) 图3应变量为0.4时AZ31镁合金的加工图(a)及不同区域特点示意图(b) Fig.3 Processing map of AZ31 magnesium alloy (a)and character diagram of different regions (b)when the strain is 0.4 AZ31镁合金的动态再结晶区域.在该区域进行轧 因此在图5(a)中可以看到明显的一次、二次孪晶互 制变形，可获得良好的组织和力学性能 相交割在一起，原始组织中的大晶粒被孪晶分割成 很多部分，由于变形量的不断增加，一次孪晶界处发 生了部分动态再结晶，因为李生可以提供的塑性变 形能力很小，导致低温大变形速率下变形抗力很大， 容易开裂，导致失稳：400℃变形时，大应变速率引 起的热效应显著，从图5(b)中可以看到动态再结晶 晶粒明显长大，大小极不均匀，出现混晶现象.轧制 变形时，应避开这两个区域. 2.3异步轧制实验结果 020m 在动态再结晶峰区轧制，即在400℃以20%~ 图4AZ31镁合金动态再结品峰区的微观组织(400℃，3s1) Fig.4 Microstructure of AZ31 magnesium alloy compressed at a 25%的道次压下率进行异步轧制，轧4道次，应变速 strain rate of 3s and a temperature of 400C in the dynamic recrys- 率为9.8~12.1s1,退火后的微观组织如图6(a)所 tallization peak zone 示.用截线法测出的晶粒尺寸为2.3μm,抗拉强度 σ为322.7MPa,延伸率为19.6%，抗拉强度和延伸 应变速率大于15s-1时，在250~300℃低温区 率比轧前挤压板分别提高了35%和58%. 和350~400℃高温区均出现流变失稳，其微观组织 在高温失稳区轧制，即在400℃以40%~45% 如图5所示.可以看出：250℃变形时，组织中有大 的道次压下率进行异步轧制，轧2道次，应变速率为 量的孪晶出现，因为在低温大变形速率下变形时，滑 15.3~19.7s,退火后的微观组织如图6(b)所示. 移系不能及时启动，只能依靠孪生在进行塑性变形， 再结晶晶粒显著粗化

北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 图 2 AZ31 镁合金热压缩真应力应变曲线． ( a) 应变速率为 3. 0 s － 1 ; ( b) 应变速率为 20 s － 1 Fig． 2 Hot compressive true stress-strain curves of AZ31 magnesium alloy: ( a) strain rate of 3. 0 s － 1 ; ( b) strain rate of 20 s － 1 图 3 应变量为 0. 4 时 AZ31 镁合金的加工图( a) 及不同区域特点示意图( b) Fig． 3 Processing map of AZ31 magnesium alloy ( a) and character diagram of different regions ( b) when the strain is 0. 4 AZ31 镁合金的动态再结晶区域． 在该区域进行轧 制变形，可获得良好的组织和力学性能． 图 4 AZ31 镁合金动态再结晶峰区的微观组织( 400 ℃，3 s － 1 ) Fig． 4 Microstructure of AZ31 magnesium alloy compressed at a strain rate of 3 s － 1 and a temperature of 400 ℃ in the dynamic recrys￾tallization peak zone 应变速率大于 15 s － 1 时，在 250 ～ 300 ℃ 低温区 和 350 ～ 400 ℃高温区均出现流变失稳，其微观组织 如图 5 所示． 可以看出: 250 ℃ 变形时，组织中有大 量的孪晶出现，因为在低温大变形速率下变形时，滑 移系不能及时启动，只能依靠孪生在进行塑性变形， 因此在图 5( a) 中可以看到明显的一次、二次孪晶互 相交割在一起，原始组织中的大晶粒被孪晶分割成 很多部分，由于变形量的不断增加，一次孪晶界处发 生了部分动态再结晶，因为孪生可以提供的塑性变 形能力很小，导致低温大变形速率下变形抗力很大， 容易开裂，导致失稳; 400 ℃ 变形时，大应变速率引 起的热效应显著，从图 5( b) 中可以看到动态再结晶 晶粒明显长大，大小极不均匀，出现混晶现象． 轧制 变形时，应避开这两个区域． 2. 3 异步轧制实验结果 在动态再结晶峰区轧制，即在 400 ℃ 以 20% ～ 25% 的道次压下率进行异步轧制，轧 4 道次，应变速 率为 9. 8 ～ 12. 1 s － 1 ，退火后的微观组织如图 6( a) 所 示． 用截线法测出的晶粒尺寸为 2. 3 μm，抗拉强度 σb为 322. 7 MPa，延伸率为 19. 6% ，抗拉强度和延伸 率比轧前挤压板分别提高了 35% 和 58% ． 在高温失稳区轧制，即在 400 ℃ 以 40% ～ 45% 的道次压下率进行异步轧制，轧 2 道次，应变速率为 15. 3 ～ 19. 7 s － 1 ，退火后的微观组织如图 6( b) 所示． 再结晶晶粒显著粗化． ·810·

第7期 江海涛等：AZ31镁合金的热变形加工图及其应用 ·811· 20m ,20m 图5AZ31镁合金加工失稳区对应的微观组织：(a)250℃，应变速率50s1:(b)400℃，应变速率50s1 Fig.5 Microstructures of AZ31 magnesium alloy compressed at a strain rate of 50s and different temperatures in the flow instability zone:(a)250 ℃：(b)400℃ a 50 50um, 图6AZ31镁合金400℃异步轧制退火后的微观组织.(a)道次压下率为20%~25%：(b)道次压下率为40%~45% Fig.6 Microstructures of differential speed rolled A731 magnesium alloy at 400C after heat treatment:(a)pass reduction from20%to25%(b) pass reduction from 40%to 45% 在低温失稳区轧制，即在250℃以41%的道次 压下率进行异步轧制，轧1道次，应变速率为 3结论 15.4%,试样出现边裂，靠近快速辊的表面出现裂 (1)AZ31镁合金的动态再结晶峰区对应的变 纹，尾部开裂，如图7所示 形温度为380~400℃，应变速率为3~12s-1,功率 耗散效率大于30%； (2)AZ31镁合金加工图中失稳区域对应的应 变速率大于15s-1,250~300℃低温区加工时合金 的塑性较差，350~400℃高温区加工时出现混晶组 织； (3)在动态再结晶峰区轧制，退火处理后， AZ31镁合金的平均晶粒直径细化到2.3μm,抗拉 强度为322.7MPa,延伸率为19.6%：在低温失稳区 图7250℃异步轧制时的边裂及表面裂纹 轧制，试样开裂：在高温失稳区轧制，退火处理后，出 Fig.7 Edge fracture and surface cracks of the AZ31 sheet causing by 现混晶组织. differential speed rolling at 250 C 参考文献 上述实验证明了动态材料模型加工图能准确直 [Chino Y,Iwasaki H,Mabuchi M.Stretch formability of AZ31 Mg 观地反映出AZ31镁合金在不同变形条件下的组织 alloy sheets at different testing temperatures.Mater Sci Eng A, 演变规律，可作为研究材料变形工艺参数的有力 2007,466(1/2):90 工具. [2]Ding R,Cai Q W,Wei S B.Effect of deformation parameters on

第 7 期 江海涛等: AZ31 镁合金的热变形加工图及其应用 图 5 AZ31 镁合金加工失稳区对应的微观组织: ( a) 250 ℃，应变速率 50 s － 1 ; ( b) 400 ℃，应变速率 50 s － 1 Fig． 5 Microstructures of AZ31 magnesium alloy compressed at a strain rate of 50 s － 1 and different temperatures in the flow instability zone: ( a) 250 ℃ ; ( b) 400 ℃ 图 6 AZ31 镁合金 400 ℃异步轧制退火后的微观组织． ( a) 道次压下率为 20% ～ 25% ; ( b) 道次压下率为 40% ～ 45% Fig． 6 Microstructures of differential speed rolled AZ31 magnesium alloy at 400 ℃ after heat treatment: ( a) pass reduction from 20% to 25% ; ( b) pass reduction from 40% to 45% 在低温失稳区轧制，即在 250 ℃ 以 41% 的道次 压下率进行异步轧制，轧 1 道 次，应 变 速 率 为 15. 4% ，试样出现边裂，靠近快速辊的表面出现裂 纹，尾部开裂，如图 7 所示． 图 7 250 ℃异步轧制时的边裂及表面裂纹 Fig． 7 Edge fracture and surface cracks of the AZ31 sheet causing by differential speed rolling at 250 ℃ 上述实验证明了动态材料模型加工图能准确直 观地反映出 AZ31 镁合金在不同变形条件下的组织 演变规律，可作为研究材料变形工艺参数的有力 工具． 3 结论 ( 1) AZ31 镁合金的动态再结晶峰区对应的变 形温度为 380 ～ 400 ℃，应变速率为 3 ～ 12 s － 1 ，功率 耗散效率大于 30% ; ( 2) AZ31 镁合金加工图中失稳区域对应的应 变速率大于 15 s － 1 ，250 ～ 300 ℃ 低温区加工时合金 的塑性较差，350 ～ 400 ℃ 高温区加工时出现混晶组 织; ( 3) 在动态再结晶峰区轧制，退 火 处 理 后， AZ31 镁合金的平均晶粒直径细化到 2. 3 μm，抗拉 强度为 322. 7 MPa，延伸率为 19. 6% ; 在低温失稳区 轧制，试样开裂; 在高温失稳区轧制，退火处理后，出 现混晶组织． 参 考 文 献 ［1］ Chino Y，Iwasaki H，Mabuchi M． Stretch formability of AZ31 Mg alloy sheets at different testing temperatures． Mater Sci Eng A， 2007，466( 1 /2) : 90 ［2］ Ding R，Cai Q W，Wei S B． Effect of deformation parameters on ·811·

·812 北京科技大学学报 第34卷 the deformation resistance of AZ31 alloy.J Unig Sci Technol temperature deformation and microstructure of an AZ31 magnesium Beijing,2008,30(3):258 alloy.Mater Sci Eng A,2007,462 (1/2)197 (丁蓉，蔡庆伍，魏松波.变形参数对AZ31镁合金变形抗力的 [8]Zhao D W,Tie W L.A precise method of calculating the parame- 影响.北京科技大学学报，2008,30(3)：258) ter the mean strain rate in rolling.J Appl Sci,1995,13(1):103 3]Jin L.Study on the Microstructure and Mechanical Properties of (赵德文，铁维麟.轧制应变速率参数￡的精确计算方法.应 Magnesium Alloy by Equal Channel Angular Extrusion [Disserta- 用科学学报，1995,13(1)：103) tion].Shanghai:Shanghai Jiaotong University,2006 9]Bozzini B.Cerri E.Numerical reliability of hot working processing (靳丽.等通道角挤压变形镁合金微观组织与力学性能研究 maps.Mater Sci Eng A,2002,328 (1/2)344 [学位论文].上海：上海交通大学，2006 [10]Gronostajski Z.The deformation processing map for control of 4]Lee S W,Wang H Y,Chen Y L,et al.An Mg-Al-Zn alloy with microstructure in CuAl9.2Fe3 aluminum bronze.Mater Process very high specific strength and superior high-strain-tate superplas- Technol,2002,125/126(9):119 tic processed by reciprocating extrusion.Ade Eng Mater,2004,6 [11]Seshacharyulu T.Medeiros S C,Frazier W G,et al.Hot work- (12):948 ing of commercial Ti6Al-4V with an equiaxed a-B microstruc- Tian Y,Guo Y H.Wang Z D,et al.Analysis of rolling pressure ture:materials modeling considerations.Mater Sci Eng A,2000, in asymmetrical rolling process by slab method.Iron Steel Res 284(1/2):184 lmt,2009,16(4):22 [12]Murty S V S N,Rao B N.On the flow localization concepts in 6]Meng Q.Cai Q W,Jiang H T,et al.Effect of differential speed the processing maps of IN718.Mater Sci Eng A,1999,267(1): rolling on static recrystallization and grain refinement of A731 mag- 159 nesium alloy.J Univ Sci Technol Beijing,2011,33 (1):47 [13]Niu JT.Physical Simulation Technology on the Field of Materials (孟强，蔡庆伍，江海涛，等.异步轧制对AZ31镁合金静态再 and Thermal Processing.Beijing:National Defence Industrial 结品及品粒细化的影响.北京科技大学学报，2011,33(1)： Press,1999 47) (牛济泰.材料和热加工领域的物理模拟技术.北京：国防工 ]Spigarelli S,Mehtedi M E,Cabibbo M,et al.Analysis of high- 业出版社，1999)

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