。48 北京科技大学学报 第33卷 况，本文研究了低、中、高异速比轧制状态下，工艺参 供给轧件的剪切力，塑性变形沿板厚度方向均匀分 数及退火制度对A乃1镁合金组织形貌及平均晶粒 布，因此孪晶数量和分布均匀程度都显著提高：然 尺寸的影响规律，轧辊与轧件打滑对晶粒细化效果 而，当异速比增加至1.7时，样品中孪晶量和分布均 的影响，并分析了异步轧制的晶粒细化机制，为镁合 匀程度有所降低，这与文献[7提出高异速比提供 金板带的异步轧制研究和应用提供一定参考， 高剪切变形的预测不符.异步轧制过程中轧辊与 轧件的摩擦状态是影响剪切效果的最重要因素， 1实验材料及方法 因此考虑以上现象可能是异速比过高时轧辊与轧 实验材料选取经400℃、2h退火处理的A31 件发生打滑，导致实际作用在轧件上的剪切变形 (质量分数：A3%、Zn1%、M血03%)挤压板材轧 有所降低 制试样尺寸为120mX60mX2.4m四显微组织 为验证三种异速比条件下轧辊与轧件是否打 如图1所示，测得平均晶粒尺寸为64.5μ四异步轧 滑，参考测量前滑的方法，预先在样品表面做两个标 制以装配不同直径的轧辊来实现，两个工作轧辊角 记点，轧后比较不同异速比条件下标记点距离与轧 速度相同(3.19rs1),因此轧辊直径之比即为异 辊表面留下的印迹距离，以差值大小来判断轧辊与 速比.轧制异速比选取1.1（轧辊直径90mm： 轧件的打滑情况.实验结果如表1所示.异速比为 80m、1.3(90mm70mm和1.7(120mm: 1.1、1.3时，测得轧辊印迹之间的距离略小于轧后 70四三种，下文分别以AB和C代表.轧制温度 样品标记距离，差值在1.5m以内，说明此时轧辊 300℃压下率选取10%、20%和30%三种，退火温 与轧件的相对滑动很小，尺寸差别是由轧件前滑造 度选取250、300350.400和450℃，时间为5、10 成的：而异速比为1.7时，轧辊印迹距离为96.8四 2030和60m?金相样品先经1000目、2000目砂 与轧后样品标记点间的距离(745mm)相差 纸研磨，在20%硝酸酒精溶液中电解抛光，再用苦 22.3四远远超过前滑引起的差值变化.由此可 味酸酒精溶液浸蚀15~30以显示组织形貌，最后 见，此时轧辊与轧件的打滑现象已经非常明显. 在Ax0 mager A小m光学显微镜下观察并纪录与轧 以上实验结果表明：异速比为11、1.3时，轧辊 制方向垂直平面的显微组织.平均晶粒尺寸采用截 与轧件的摩擦状态近似于静摩擦：而异速比为1.7 线法测量，在十个视场分别测量五次，取平均值. 时，为滑动摩擦.物体间的最大静摩擦系数高于滑 动摩擦系数是一种普遍现象，所以同等压下率条件 下，异速比为17时轧辊提供给轧件的剪切力要低 于异速比为1.3时.此外，文献[12证实，异速比为 1.15时的轧制力要比同步轧制低20%，而且进一步 提高异速比轧制力将有更明显地降低.因此，本实 验中同等压下率条件下，异速比为1.7时轧制力最 低.综上所述，低摩擦系数和低轧制力双重因素造 成C工艺样品中孪晶数量及分布均匀程度均低于B 300m (图2)：异速比为11时，虽然摩擦系数和轧制力都 图1AZ31板经400℃.2h退火后的显微组织 有利于提高异步轧制剪切力，但由于异速比低，在与 Fig1 Micxstruc ure of an AZ31 sheet after amealing at400C for2h 轧辊短暂的接触过程中轧件受到的剪切应变较小， 2结果及分析 因此A工艺轧制样品李晶量少且分布不均.轧制过 程中，A乃1镁合金的孪晶数量随压下量的增加而增 21轧态显微组织观察 加，而且孪晶内部以及孪晶间的交叉区域都是易再 图2为不同异步轧制工艺条件下A巧1镁合金 结晶区，因此镁合金中李晶数量及分布状态对退 板的光学显微组织.从图中可以看出：异速比相同 火晶粒尺寸具有重要影响.这是此处关注异步轧制 时，孪晶数量随着压下率的增大显著增加.压下率 样品李晶的主要原因 相同时，异速比为1.1的轧制样品中孪晶量较少，分 2.2退火组织形貌 布不均匀：异速比为1.3时.孪晶数量显著增加.即 图3为不同工艺异步轧制样品经450℃、1退 便是压下率仅为10%的样品中也布满了交错的孪 火处理后的显微组织，测得平均晶粒尺寸分别为 晶（图2(B)),这是由于提高异速比增强了轧辊提 A30.8μm221.9u四318.8μ四B127.0μ円北 京 科 技 大 学 学 报 第 33卷 况, 本文研究了低、中、高异速比轧制状态下, 工艺参 数及退火制度对 AZ31镁合金组织形貌及平均晶粒 尺寸的影响规律, 轧辊与轧件打滑对晶粒细化效果 的影响, 并分析了异步轧制的晶粒细化机制, 为镁合 金板带的异步轧制研究和应用提供一定参考 . 1 实验材料及方法 实验材料选取经 400 ℃、2 h退火处理的 AZ31 (质量分数 :Al3%、Zn1%、Mn0.3%)挤压板材, 轧 制试样尺寸为 120 mm×60 mm×2.4 mm, 显微组织 如图 1所示, 测得平均晶粒尺寸为 64.5 μm.异步轧 制以装配不同直径的轧辊来实现, 两个工作轧辊角 速度相同 ( 3.19 rad·s -1 ), 因此轧辊直径之比即为异 速比 .轧制异速比选取 1.1 (轧辊直径 90 mm∶ 80 mm) 、 1.3 ( 90 mm∶70 mm) 和 1.7 ( 120 mm∶ 70 mm)三种, 下文分别以 A、B和 C代表.轧制温度 300 ℃, 压下率选取 10%、20%和 30%三种, 退火温 度选取 250、300、350、400 和 450 ℃, 时间为 5、10、 20、30和 60 min.金相样品先经 1 000目 、2 000目砂 纸研磨, 在 20%硝酸酒精溶液中电解抛光, 再用苦 味酸酒精溶液浸蚀 15 ～ 30 s以显示组织形貌, 最后 在 AxioImagerA1m光学显微镜下观察并纪录与轧 制方向垂直平面的显微组织.平均晶粒尺寸采用截 线法测量, 在十个视场分别测量五次, 取平均值. 图 1 AZ31板经 400℃、2h退火后的显微组织 Fig.1 MicrostructureofanAZ31 sheetafterannealingat400℃ for2h 2 结果及分析 2.1 轧态显微组织观察 图 2为不同异步轧制工艺条件下 AZ31 镁合金 板的光学显微组织 .从图中可以看出:异速比相同 时, 孪晶数量随着压下率的增大显著增加 .压下率 相同时, 异速比为 1.1的轧制样品中孪晶量较少, 分 布不均匀;异速比为 1.3时, 孪晶数量显著增加, 即 便是压下率仅为 10%的样品中也布满了交错的孪 晶 (图 2 ( B1) ), 这是由于提高异速比增强了轧辊提 供给轧件的剪切力, 塑性变形沿板厚度方向均匀分 布, 因此孪晶数量和分布均匀程度都显著提高;然 而, 当异速比增加至 1.7时, 样品中孪晶量和分布均 匀程度有所降低, 这与文献 [ 7] 提出高异速比提供 高剪切变形的预测不符.异步轧制过程中轧辊与 轧件的摩擦状态是影响剪切效果的最重要因素, 因此考虑以上现象可能是异速比过高时轧辊与轧 件发生打滑, 导致实际作用在轧件上的剪切变形 有所降低. 为验证三种异速比条件下轧辊与轧件是否打 滑, 参考测量前滑的方法, 预先在样品表面做两个标 记点, 轧后比较不同异速比条件下标记点距离与轧 辊表面留下的印迹距离, 以差值大小来判断轧辊与 轧件的打滑情况 .实验结果如表 1所示 .异速比为 1.1、1.3时, 测得轧辊印迹之间的距离略小于轧后 样品标记距离, 差值在 1.5 mm以内, 说明此时轧辊 与轧件的相对滑动很小, 尺寸差别是由轧件前滑造 成的;而异速比为 1.7时, 轧辊印迹距离为96.8 mm, 与轧后 样 品标 记点 间的 距 离 ( 74.5 mm) 相差 22.3 mm, 远远超过前滑引起的差值变化 .由此可 见, 此时轧辊与轧件的打滑现象已经非常明显 . 以上实验结果表明:异速比为 1.1、1.3时, 轧辊 与轧件的摩擦状态近似于静摩擦;而异速比为 1.7 时, 为滑动摩擦 .物体间的最大静摩擦系数高于滑 动摩擦系数是一种普遍现象, 所以同等压下率条件 下, 异速比为 1.7时轧辊提供给轧件的剪切力要低 于异速比为 1.3时 .此外, 文献 [ 12]证实, 异速比为 1.15时的轧制力要比同步轧制低 20%, 而且进一步 提高异速比轧制力将有更明显地降低 .因此, 本实 验中同等压下率条件下, 异速比为 1.7时轧制力最 低 .综上所述, 低摩擦系数和低轧制力双重因素造 成 C工艺样品中孪晶数量及分布均匀程度均低于 B (图 2) ;异速比为 1.1时, 虽然摩擦系数和轧制力都 有利于提高异步轧制剪切力, 但由于异速比低, 在与 轧辊短暂的接触过程中轧件受到的剪切应变较小, 因此 A工艺轧制样品孪晶量少且分布不均 .轧制过 程中, AZ31镁合金的孪晶数量随压下量的增加而增 加, 而且孪晶内部以及孪晶间的交叉区域都是易再 结晶区 [ 13] , 因此镁合金中孪晶数量及分布状态对退 火晶粒尺寸具有重要影响 .这是此处关注异步轧制 样品孪晶的主要原因 . 2.2 退火组织形貌 图 3为不同工艺异步轧制样品经 450 ℃、1 h退 火处理后的显微组织, 测得平均晶粒尺寸分别为 A1 30.8 μm, A2 21.9 μm, A3 18.8 μm, B1 27.0 μm, · 48·