{首页主词},&

西北工業大學&重慶大學鎂合金頂刊：累積擠壓焊接高強韌AZ31鎂合金！

2021-08-26 10:33:30 作者：材料學網來源：材料學網分享至：

導讀：本文對具有異質雙峰晶粒結構的 AZ31 鎂合金（較小的晶粒尺寸為 5–20 ?m，較粗的晶粒尺寸為 100–200 ?m）在 250 ℃下進行累積擠壓結合（AEB）并結合兩階段人工冷卻，即局部水冷和人工冷卻。該組織由于累積擠壓結合樣品的不連續動態再結晶（DDRX）而連續發展。{10-12} 拉伸孿晶也對 AEB 發揮了重要作用，在容器的初始擠壓階段局部水冷。與沒有水冷的情況相比，局部水冷可以進一步將 DRXed 晶粒尺寸減小到 ~ 2.1 ?m。并通過擠出模具的人工冷卻降低了晶粒生長速度。在兩段冷卻相結合的情況下，板材出擠壓模后，細小DRXed晶粒幾乎得以保留，平均晶粒尺寸為~2.3 ?m，同時還保留了具有高殘余位錯密度積累的未動態再結晶晶粒。拉伸試驗結果表明，該材料具有良好的強度-塑性平衡，極限拉伸強度（319 MPa vs. 412 MPa）和斷裂伸長率（19.9% vs. 30.3%）較高。強度的提高主要是由于晶粒細化和人工冷卻保留的局部殘余塑性應變。優良的延性源于精細的DRXed組織和ed傾斜雙峰織構。

為了滿足日益增長的汽車重量和減少CO2排放的需求，輕質金屬備受關注。鎂合金作為最輕的市售結構金屬材料，近年來引起了廣泛的研究興趣，尤其是力學性能優于鑄造鎂合金的鍛造鎂合金。然而，該合金僅應用于少數領域，這主要是由于其強度低、塑性和室溫成形性差。因此，為了擴大應用范圍，近年來通過添加稀土（RE）元素、細化晶粒等多種方法在強度和延展性的提高方面進行了大量努力。

在鎂合金中微合金化或復合添加稀土元素，如 Gd, Yb , Y, Ce, Sm是提高強度和延展性的有效方法。例如，Wang 等人研究了微量 Gd 添加對 Mg-4Zn 合金力學性能的影響，發現 0.5% Gd 可以將屈服強度提高到 286 MPa，良好的伸長率為 15.3%。李等人報道 Yb 溶液促進了完全再結晶的超細晶顯微組織和傾斜的弱織構成分的形成，導致強度-塑性平衡與約 393 MPa 的UTS 和約19.1% 的 EL。呂等人通過鑄造和擠壓研究了 Y 和 Sm 添加對鎂合金的綜合影響。拉伸試驗結果表明，Mg-7Y-5Sm-0.5Zn-0.3Zr合金的屈服強度為250 MPa，斷裂伸長率為18.5%，優于商業基準AZ系列合金。然而，昂貴的稀土元素添加會增加鎂合金的制造成本，限制其廣泛的工業應用。因此，實現高強度、保持良好的延展性和降低制造成本將是擴大鎂合金應用的關鍵目標。

晶粒細化被證明是以低制造成本提高鎂合金綜合性能的最有前途的方法。正如 Sun 等人報道的那樣。Mg-10.6Gd-2Ag （wt. %）合金通過等通道角擠壓（ECAP）表現出 317 MPa 的高屈服強度和 22.6% 的優異伸長率，這源于精細和完整的 DRX 顯微組織（平均晶粒尺寸減小到 ~ 1.7 ?m）。而晶粒細化技術（如劇烈塑性變形）， SPD）通常處于實驗室規模，不適合工業生產。因此，迫切需要尋找工業規?；B續制造大塊超細晶粒鎂合金的新技術。

我們之前的研究表明，累積擠壓結合（AEB）可以有效地細化 AZ31 合金板材的微觀結構，在 150 至 250 ℃的溫度下具有良好的界面結合質量和無邊緣裂紋根據微觀結構演變研究，發現在定徑帶處獲得了最細的動態再結晶（DRXed）晶粒。而由于模具出口附近實際溫度較高，板材出擠壓模后晶粒明顯長大，削弱了晶粒細化效果。因此，還需要通過優化基于 AEB 的加載路徑來進一步細化晶粒。

在這項工作中，西北工業大學聯合重慶大學等高校嘗試了兩階段冷卻以減少 AEB 過程中的晶粒生長，包括通過在定徑帶處局部水冷降低 DRXed 晶粒尺寸和通過人工冷卻從擠壓模具中降低晶粒生長速率。與原樣相比，250 ℃具有精細微觀結構和ED傾斜雙峰織構的樣品的UTS增加了376 MPa，斷后伸長率增加了30.1%；伴隨兩種冷卻方式的AEB加工樣品的UTS持續增加，導致WAC-250℃樣品具有優異的強度和延展性平衡；此外，YS 也從 171 MPa 增加到 192 MPa，這主要是由于晶粒細化和內部殘余應變。相關研究成果以題“Strength-ductility balance of AZ31 magnesium alloy via accumulated extrusion bonding combined with two-stage artificial cooling”發表在鎂合金頂刊Journal of Magnesium and Alloys上。

論文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2213956721001717

在初始階段，{10-12} 拉伸孿晶和 DDRX 被激活并主導變形。隨著變形的繼續，粗大的原始晶粒逐漸轉變為細小的DRXed晶粒。片材出模后，觀察到c軸偏向ED和生長的晶粒。局部水冷可以有效地將錐模和定徑帶的DRXed晶粒尺寸減小到2.1 ?m；人工冷卻有利于熱量的快速擴散，抑制擠壓模外晶粒長大；兩種冷卻工藝的結合可以保留平均晶粒尺寸為 2.3 ?m 的細晶粒顯微組織，并且殘余應變也保留在未 DRX 晶粒中。