504 北京科技大学学报 第35卷 式中，为应变率，A为与材料有关的系数，σ为应 试样两端分别连接热电偶以测量温度，确保试样两 力，E为弹性模量，n为应力指数，Q为蠕变激活 端温度和目标温度的差别在士2℃范围内. 能，R为气体常数：T为热力学温度6-刊.田素贵 表1AZ31镁合金化学成分（质量分数） 等8]对AZ31镁合金蠕变初期特征的研究表明，在 Table 1 Chemical composition of AZ31 Mg alloy 200℃和50MPa条件下位错可在基面、非基面和 锥面进行滑移或交滑移.张诗昌等⑨发现在温度 Al Mn Zn Ni Cu Fe Si Mg 大于420℃和较低应力时，AZ31发生晶界扩散控 3.060.301.050.000880.00260.00260.038余量 制的COBLE蠕变，n=1,Q为Mg原子晶界扩 侧面 散激活能.在较高的温度和应力条件下，镁合金的 25.4 主要变形机制为晶界扩散协调的晶界滑移(=2)， 15 铸轧AZ31在此机制下的延伸率可达500%10.晶 轧制面 界滑移要求材料具有在高温下稳定的细小晶粒，高 轧制方向 温下稳定的二相粒子可有效钉扎晶界并阻止晶粒长 图1高温拉伸试样的几何尺寸（单位：m) 大刂，高温变形中如发生动态再结晶也可细化晶粒 Fig.1 Geometry dimensions of samples for high-temperature 并促进晶界滑移12-13.在高应力条件下，镁合金可 tensile test (unit:mm) 能发生溶质牵制蠕变和位错攀移蠕变.位错攀移蠕 变的机制是基体原子自扩散14，n=5~8.Somekawa 高温拉伸至失效(elongation--to-failure.EF)试 验的试验条件为分别在恒温300、350、400和 等15)对MgAl-Zn合金的研究发现，当n=5时Q 450℃下，以恒定速度2.54×10-2cms-1和2.54× 为自扩散激活能，当n=7时Q为位错管扩散激 活能.溶质牵制蠕变是位错在溶质气团的牵制作用 10-3cms-】拉伸至试样断裂.以断裂试样的变形 下发生黏性滑动，=3，Q为溶质原子的扩散激活 区长度减去初始变形区长度，再除以初始变形区的 能16.针对铸轧AZ31板材的溶质牵制蠕变尚待深 长度求得延伸率.高温变应变率(strair-rate-change, 入的规律性和机制性研究. SRC)拉伸试验的应变率范围为2×104~2×102 本文通过高温拉伸至失效试验和变应变率拉 s-1,分别在恒温300、350、400和450℃下，经30 伸试验研究俦轧AZ31板材的高温拉伸性能和变形 min低速率预拉伸以稳定拉伸系统和显微组织，随 机制，计算和分析了相应的变形应力指数和激活能， 后进行七步应变率递增的拉伸，在每一步以恒定拉 并研究分析了显微组织特点和断裂机理. 伸速率进行一定的应变，然后根据试验数据计算每 步的真实应力和真实应变率 1试验材料及方法 采用金相光学显微镜(JVC TK-350EG)分别观 试验所用的AZ31镁合金板材采用水平式铸 察原始材料、高温拉伸至失效试验后试样断口区和 轧生产，厚度为3mm,其化学成分如表1所示. 变形区的显微组织，用线截距法测量晶粒尺寸.金 450℃下均匀化退火10h后，沿最后一道轧制方向 相试样腐蚀液成分为：3g苦味酸，20mL乙酸，50 切取高温拉伸试验所用试样，几何尺寸如图1所示. mL酒精和20mL去离子水.采用扫描电子显微镜 将切取试样于400℃下退火2h,空冷后置于 (JSM6480LV)对试验后的试样进行断口观察.原始 MTS810高温拉伸试验机所附的三段式电阻炉内. 铸轧AZ31镁合金的金相组织如图2所示，竖直方 50 jm 50m N245 图2铸轧AZ31镁合金板材原始显微组织金相照片.(a)铸轧面：(b)侧面 Fig.2 Optical micrographs of the original twin roll cast AZ31 Mg alloy plate:(a)rolling plane;(b)side plane· · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 卷 式中, 亏为应变率, 为与材料有关的系数 , 为应 力, 为弹性模量 , 为应力指数 , 为蠕变激活 能, 为气体常数 为热力学温度 〔一刘 田素贵 等 对 镁合金蠕变初期特征的研究表明, 在 ℃和 条件下位错可在基面 、非基面和 锥面进行滑移或交滑移 张诗昌等 发现在温度 大于 ℃和较低应力时, 发生晶界扩散控 制的 蠕变 , , 为 原子 晶界扩 散激活 能 在较高 的温度和应力条件下, 镁合金的 主要变形机制 为晶界扩散协调的晶界滑移 , 铸轧 在此机制下的延伸率可达 晶 界滑移要求材料具有在高温下稳定的细小晶粒 , 高 温下稳定的二相粒子可有效钉扎晶界并阻止晶粒长 大 “ , 高温变形中如发生动态再结晶也可细化晶粒 并促进 晶界滑移 一` 在高应力条件下, 镁合金可 能发生溶质牵制蠕变和位错攀移蠕变 位错攀移蠕 变的机制是基体原子 自扩散 ` , 、 等 对 一 一 合金的研究发现 , 当 时 为 自扩散激活能 , 当 时 为位错管扩散激 活能 溶质牵制蠕变 是位错在溶质气 团的牵制作用 下发生豁性滑动 , , 为溶质原子的扩散激活 能 ` 针对铸轧 板材的溶质牵制蠕变 尚待深 入的规律性和机制性研究 本 文通过 高温拉伸至失效试验和变应变率拉 伸试验研究铸轧 板材的高温拉伸性能和变形 机制 , 计算和分析了相应 的变形应力指数和激活能, 并研究分析 了显微组织特点和断裂机理 试样两端分别连接热 电偶 以测量温度 , 确保试样两 端温度和 目标温度的差别在 士 ℃范围内 表 镁合金化学成分 质量分数 飞妞 刀 , 余量 卜了叫 轧制面 轧制方向 图 高温拉伸试样的几何尺寸 单位 一 试验材料及方法 试验所用 的 镁合金板材采用水平式铸 轧生产, 厚度为 , 其化 学成分如表 所示 ℃下均匀化退火 后 , 沿最后一道轧制方向 切取高温拉伸试验所用试样, 几何尺寸如图 所示 将切取试样于 ℃下退火 , 空冷后置于 高温拉伸试验机所 附的三段式 电阻炉内 高温拉伸至失效 一 一 , , 试 验 的试验条件 为分别在 恒温 、 、 和 下, 以恒定速度 一 ·一`和 一 一`拉伸至试样 断裂 以断裂试样 的变形 区长度减去初始变形区长度 , 再除以初始变形区的 长度求得延伸率 高温变应变率 一' 一 , 拉伸试验 的应变 率范围为 一 、 一 一`, 分别在恒温 、 、 和 下 , 经 低速率预拉伸 以稳 定拉伸系统和显微组织, 随 后进行七步应变率递增 的拉伸 , 在每一步 以恒 定拉 伸速率进行一定的应变 , 然后根据试验数据计 算每 一步的真实应力和真实应变率 采用金相光学显微镜 一 分别观 察原始材料 、高温拉伸至失效试验后试样断 口区和 变形区的显微组织 , 用线截距法测量晶粒尺寸 金 相试样腐蚀液成分为 苦 味酸, 乙酸, 酒精和 去离子水 采用扫描电子显微镜 对试验后 的试样进行断 口观察 原始 铸轧 镁合金的金相组织如 图 所示, 竖直方 图 铸轧 镁合金板材原始显微组织金相照片 铸轧面 侧面 叮