庞灵欢 徐 春 陈麒忠

(上海应用技术大学材料科学与工程学院，上海 201418)

镁合金是现已知的最轻金属结构材料之一，具有较高的工业使用价值。但由于其密排六方(HCP)晶体结构，室温下塑性变形困难，且易形成极强的基面织构，严重影响材料力学性能及二次成形性能，制约了镁合金的应用[1- 2]。而弱化织构可以显著改善材料塑性及成形性，因此研究弱化镁合金织构的技术吸引了越来越多学者的关注。目前弱化织构的方法主要有两种：一是通过添加稀土元素来弱化镁合金基面织构；二则是改变材料受力方向，激活非基面滑移弱化基面织构，这主要采用特殊的变形工艺，如异速轧制等[3- 4]。

为了改变材料变形过程中的受力方向，一些特殊的变形工艺用于镁合金的成形[5]。采用异速轧制可以在变形过程中引入一定的剪切力，进而改变材料受力方向，弱化镁合金的基面织构。不同异速比下材料产生的剪切力不同，织构的弱化效果也不一样[6- 7]。研究发现[8]，当异速比为1∶1.5时基面弱化效果最好。因此本试验采用1∶1.5的异速比，研究异速轧制对镁合金板组织与织构的影响。

1 试验材料与方法

试验采用4 mm厚的AZ31镁合金板材，其化学成分(质量分数，%)为2.64Al、0.66Zn、0.33Mn、0.002 4 Fe、0.02Si、0.001 8 Cu、0.000 65 Ni，Mg余量。将尺寸为100 mm×40 mm的镁合金板材放入电阻炉内加热至350 ℃保温30 min。然后送入轧辊表面温度为100 ℃的φ180 mm×300 mm二棍异步轧机，轧后板材空冷至室温。轧制工艺参数如表1所示。

表1 轧制工艺参数Table 1 Parameters of rolling process

图1 试样取样位置Fig.1 Sampling positions

2 试验结果

2.1 显微组织

图2和图3分别为同速与异速轧制后AZ31镁合金板材的微观组织。其中“上部”是指轧材与高速辊接触一侧部分， “中部”是指板材厚度方向的一半部位， 而“下部”则是指轧材与慢速辊接触一侧部分。可以发现，同速轧制后板材上、下部分出现明显的剪切带，剪切带由大量细小的再结晶晶粒组成，这些剪切带的细晶组织与大小不均的等轴晶粒组成了同速轧制的上、下部分组织；而板材中部的剪切带数量较少，主要由等轴晶粒和少量拉长的大尺寸变形晶粒构成。这说明同速变形过程中板材上、下部位的变形程度较大，出现了再结晶，而中部变形程度小于板材上、下部位，因此中部仍保持变形晶粒。

图2 同速轧制AZ31镁合金板材厚度方向不同部位的显微组织Fig.2 Microstructures of different positions in thickness direction of AZ31 magnesium alloy sheet after same- speed rolling

图3 异速轧制AZ31镁合金板材厚度方向不同部位的显微组织Fig.3 Microstructures of different positions in thickness direction of AZ31 magnesium alloy sheet after differential speed rolling

从图3可以发现，异速轧制时与高速辊接触一侧的组织形貌没有明显的剪切带出现，其晶粒细小均匀；中部则出现了明显的剪切带，但变形拉长晶粒数量明显减少；下部的剪切带数量减少。这可能是异速轧制会使材料内部出现不均匀流动，导致剪应力出现使变形程度变大，因此促进了再结晶的加剧发生，板材上部组织晶粒更加细小，中部变形晶粒减少，等轴晶增加，而由于变形程度加大，孪晶为补充塑性变形而出现，因此板材下部分孪晶数量增加[9]，减少了发生再结晶晶粒的比例，保留了部分变形晶粒。因此异速轧制对板材不同部位的再结晶比例有一定影响。

2.2 极图分析

图4 同速与异速轧制的AZ31镁合金板材不同部位的(0002)极图Fig.4 (0002) pole figures of different positions of AZ31 magnesium alloy sheet after rolling at the same and differential speeds

图5 同速与异速轧制的AZ31镁合金板材不同部位的极图 figures of different positions of AZ31 magnesium alloy sheet after rolling at the same and differential speed

2.3 ODF图分析

图6 同速与异速轧制的AZ31镁合金板材不同部位的ODF图Fig.6 ODFs of different positions of AZ31 magnesium alloy sheet after rolling at the same and differential speeds

3 分析与讨论

图7 同速与异速轧制的AZ31镁合金板材不同部位的主要织构的强度与体积分数Fig.7 Intensity and volume fraction of the main textures at different positions of AZ31 magnesium alloy sheet after rolling at the same and differential speeds

4 结论

(2)异速轧制AZ31镁合金板材的上部变形程度增加，再结晶比例增加，剪切带消失，晶粒更加细小；中部变形晶粒减少，等轴晶增加；下部分组织孪生变形比例增加，孪晶数量增加，减小了晶粒再结晶比例，保留了部分变形晶粒。

(3)AZ31镁合金板材异速轧制过程中存在剪切应力，促进了板材非基面滑移，非基面织构组分明显增加，弱化了板材基面织构。