吴宗河等：热轧7075/AZ31B复合板的显微组织及结合性能 621 fracture feature with high shear strength,the fracture occurred on the Mg alloy side KEY WORDS 7075 aluminum alloy;AZ31B magnesium alloy;hot rolling;bond strength;microstructure 在当前经济可持续发展战略下，轻型结构的 轧制温度下采用30%、40%和50%三个压下率单 广泛应用对节能减排具有重要意义山镁是地球上 道次热轧制备了7075A1/Mg-12Gd-3Y-0.5Zr/7075 储量最多的轻金属元素之一，镁合金是目前实际 A!复合板，在相同温度下铝镁复合板的结合强度 工程应用中最轻的结构材料，具有比强度和比刚 随着压下率的增加而升高；另外，Zhang等m还在 度高、导热导电性良好和吸振能力强等优点四，被 400、450、465和475℃四个轧制温度下采用60%、 誉为21世纪超轻量绿色金属材料，在航空航天、汽 70%和80%三个压下率单道次热轧制备了7075 车工业、电子通讯等领域有着广阔的应用前景仰 AI/AZ31BMg7075A1复合板，在相同温度下随着 虽然镁合金具有很多优异的性能，但镁晶体 压下率的增加，铝镁复合板的结合强度反而降低 的密排六方结构(HCP)仅有3个滑移系，导致其成 压下率对铝镁复合板结合强度的影响存在差异， 形性能较低，并且镁合金性质活泼，表面会形成 对于其影响机理还缺乏统一的认识 疏松的MgO膜，使其耐腐蚀性较差阿，而耐腐蚀性 为了研究轧制参数对铝镁复合板结合强度的 差是制约镁合金在结构轻量化中被大规模使用的 影响变化规律，本文综合考虑压下率、轧制温度、 主要因素之一-！相比而言，铝及其合金具有耐 轧制速度等多种轧制参数，单道次热轧制备了 腐蚀性强、表面可修复性好、塑性加工性能优异 7075AVAZ31BMg复合板，并对铝/镁复合板的金 等一系列优点.在镁合金板材的单侧或者上下两 相组织、结合强度、界面和拉剪断口进行了研究， 侧覆盖一层铝合金金属板可有效改善镁合金板的 通过研究轧制工艺参数对复合板结合性能的影响 抗腐蚀性和成形性能，并可以充分利用镁合金与 规律，揭示结合强度变化规律的原因，为轧制制备 铝合金的各自优势 铝镁复合板确定较为合理的轧制工艺 铝/镁复合板的制备方法主要有爆炸焊接、轧 制复合和扩散焊接等方法，相比于爆炸焊接©-山 1实验方法 和扩散焊接法2-)，轧制复合法具有对环境污染 实验中使用的材料是AZ31B镁合金板和 小、复合后的各层材料厚度均匀、复合材料性能 T6态的7075铝合金板，其中AZ31B镁合金板厚 均匀一致性好、生产效率高成本低等优点.影响 度为2mm,7075铝合金板厚度为3mm,将原始材 A1Mg轧制复合板性能的因素有很多，如轧制温 料平行于原始轧制方向切割成100mm×30mm的 度、轧制速度以及压下率等，国内外许多学者对相 片，所用7075铝合金和AZ31B镁合金板材化学元 关课题进行了研究，Lu0等4采用二道次热轧法 素含量列于表1. 制备了5052AI/AZ31Mg5052A1复合板，第一道 在该实验中，通过配备有钢丝刷的角磨机除 次在350℃、40%压下率下进行轧制，第二道次在 去金属待复合表面上的油脂、污垢和氧化物，然后 400℃、50%压下率下进行轧制，该复合板拥有良 用丙酮和乙醇反复清洁表面，并立即用吹风机干 好的整体拉伸性能，但是没有对复合板的结合性 燥.为了轧制过程的稳定进行，采用一端铆接的固 能进行讨论.张建军在400℃轧制温度下单道 定方式将AZ31B板和7075板组坯.为防止加热时 次热轧制备了不同压下率的5052AI/AZ31BMg/5052 间过长导致板坯产生严重氧化，分别将加热炉的 A1复合板，结果表明随压下量逐步增加(30%~70%)， 温度设定为500,550和600℃三个较高炉温，将 AI/Mg轧制复合板界面结合由初始的机械结合逐 组后的板坯分别在加热炉中加热5min,经过K型 步转变为机械和治金的混合结合，界面结合强度 热电偶丝实测，此时板坯温度分别为350.370和 逐步提高.Zhang等在450、465和475℃三个 420℃，分别进行复合板总体压下率为30%，40%， 表1铝合金7075和镁合金AZ31B的化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of Al alloy 7075 sheet and Mg alloy AZ31B sheet % Materials Fe Cu Ti Cr Zn Si Mn Mg Al Ca Zn Be 7075-T6 0.5 1.6 0.2 0.23 5.6 0.4 0.3 2.5 Bal 一 AZ31B 0.03 0.335 Bal 3.1 0.05 0.82 0.1fracture feature with high shear strength, the fracture occurred on the Mg alloy side. KEY WORDS    7075 aluminum alloy；AZ31B magnesium alloy；hot rolling；bond strength；microstructure 在当前经济可持续发展战略下，轻型结构的 广泛应用对节能减排具有重要意义[1] . 镁是地球上 储量最多的轻金属元素之一，镁合金是目前实际 工程应用中最轻的结构材料，具有比强度和比刚 度高、导热导电性良好和吸振能力强等优点[2] ，被 誉为 21 世纪超轻量绿色金属材料[3] ，在航空航天、汽 车工业、电子通讯等领域有着广阔的应用前景[4] . 虽然镁合金具有很多优异的性能，但镁晶体 的密排六方结构（HCP）仅有 3 个滑移系，导致其成 形性能较低[5] ，并且镁合金性质活泼，表面会形成 疏松的 MgO 膜，使其耐腐蚀性较差[6] ，而耐腐蚀性 差是制约镁合金在结构轻量化中被大规模使用的 主要因素之一[7−8] . 相比而言，铝及其合金具有耐 腐蚀性强、表面可修复性好、塑性加工性能优异 等一系列优点[9] . 在镁合金板材的单侧或者上下两 侧覆盖一层铝合金金属板可有效改善镁合金板的 抗腐蚀性和成形性能，并可以充分利用镁合金与 铝合金的各自优势. 铝/镁复合板的制备方法主要有爆炸焊接、轧 制复合和扩散焊接等方法，相比于爆炸焊接[10−11] 和扩散焊接法[12−13] ，轧制复合法具有对环境污染 小、复合后的各层材料厚度均匀、复合材料性能 均匀一致性好、生产效率高成本低等优点. 影响 Al/Mg 轧制复合板性能的因素有很多，如轧制温 度、轧制速度以及压下率等，国内外许多学者对相 关课题进行了研究, Luo 等[14] 采用二道次热轧法 制备了 5052 Al/ AZ31 Mg/5052 Al 复合板，第一道 次在 350 ℃、40% 压下率下进行轧制，第二道次在 400 ℃、50% 压下率下进行轧制，该复合板拥有良 好的整体拉伸性能，但是没有对复合板的结合性 能进行讨论. 张建军[15] 在 400 ℃ 轧制温度下单道 次热轧制备了不同压下率的 5052 Al/AZ31B Mg/5052 Al 复合板，结果表明随压下量逐步增加（30%～70%）， Al/Mg 轧制复合板界面结合由初始的机械结合逐 步转变为机械和冶金的混合结合，界面结合强度 逐步提高. Zhang 等[16] 在 450、465 和 475 ℃ 三个 轧制温度下采用 30%、40% 和 50% 三个压下率单 道次热轧制备 了 7075  Al/Mg-12Gd-3Y-0.5Zr/7075 Al 复合板，在相同温度下铝镁复合板的结合强度 随着压下率的增加而升高；另外，Zhang 等[17] 还在 400、450、465 和 475 ℃ 四个轧制温度下采用 60%、 70% 和 80% 三个压下率单道次热轧制备了 7075 Al/AZ31B Mg/7075 Al 复合板，在相同温度下随着 压下率的增加，铝镁复合板的结合强度反而降低. 压下率对铝镁复合板结合强度的影响存在差异， 对于其影响机理还缺乏统一的认识. 为了研究轧制参数对铝镁复合板结合强度的 影响变化规律，本文综合考虑压下率、轧制温度、 轧制速度等多种轧制参数 ，单道次热轧制备了 7075 Al/AZ31B Mg 复合板，并对铝/镁复合板的金 相组织、结合强度、界面和拉剪断口进行了研究， 通过研究轧制工艺参数对复合板结合性能的影响 规律，揭示结合强度变化规律的原因，为轧制制备 铝镁复合板确定较为合理的轧制工艺. 1    实验方法 实 验 中 使 用 的 材 料 是 AZ31B 镁 合 金 板 和 T6 态的 7075 铝合金板，其中 AZ31B 镁合金板厚 度为 2 mm，7075 铝合金板厚度为 3 mm，将原始材 料平行于原始轧制方向切割成 100 mm×30 mm 的 片，所用 7075 铝合金和 AZ31B 镁合金板材化学元 素含量列于表 1. 在该实验中，通过配备有钢丝刷的角磨机除 去金属待复合表面上的油脂、污垢和氧化物，然后 用丙酮和乙醇反复清洁表面，并立即用吹风机干 燥. 为了轧制过程的稳定进行，采用一端铆接的固 定方式将 AZ31B 板和 7075 板组坯. 为防止加热时 间过长导致板坯产生严重氧化，分别将加热炉的 温度设定为 500，550 和 600 ℃ 三个较高炉温，将 组后的板坯分别在加热炉中加热 5 min，经过 K 型 热电偶丝实测，此时板坯温度分别为 350，370 和 420 ℃，分别进行复合板总体压下率为 30%，40%， 表 1 铝合金 7075 和镁合金 AZ31B 的化学成分（质量分数） Table 1  Chemical composition of Al alloy 7075 sheet and Mg alloy AZ31B sheet % Materials Fe Cu Ti Cr Zn Si Mn Mg Al Ca Zn Be 7075-T6 0.5 1.6 0.2 0.23 5.6 0.4 0.3 2.5 Bal. — — — AZ31B — — — — — 0.03 0.335 Bal. 3.1 0.05 0.82 0.1 吴宗河等： 热轧 7075/AZ31B 复合板的显微组织及结合性能 · 621 ·