{首页主词},&

金屬頂刊《Acta Materialia》高溫終軋顯著提高Mg-Al-Zn-Ca合金板的冷成形性！

2021-09-23 15:07:55 作者：材料學網來源：材料學網分享至：

導讀：室溫（RT）下的不良成形性一直是 Mg-Al-Ca（-Zn）合金板材更廣泛應用的主要瓶頸。本文通過提高最終軋制溫度可以顯著提高 Mg-Al-Zn-Ca 合金板的室溫拉伸成形性。Mg-6Al-1Zn-1Ca 合金板經過 510 °C 終軋后的指數 Erichsen （IE）值為 7.9 mm，明顯高于經過 450 °C 終軋的相同板材（4.1 mm） . 更令人興奮的是，510 °C 最終軋制的 Mg-6Al-1Zn-2Ca （wt%）合金板表現出 8.0 mm 的大 IE 值，這在 2 wt% 含 Ca 的鎂合金中從未達到過。

在過去的二十年中，輕質鎂（Mg）合金作為結構部件在汽車行業引起了極大的興趣，特別是在需要在減輕重量和提高性能之間進行權衡的情況下。然而，與鋁（Al）對應物相比，鎂合金板的當前使用量非常小，因為其冷成型性有限、易腐蝕且易燃性差。第一個問題可以歸因于在熱機械加工過程中形成的強基底紋理和在接近室溫（RT）下的有限數量的主動變形模式。開發新合金已被證明是削弱強基底織構的有效方法。新開發的合金，如 Mg-Zn-RE（RE：Ce、Y、Gd 和 Sc）、Mg-Zn-Ca 和 Mg-Al-Zn-Ca（-Mn）基合金與商用合金相比，織構強度要弱得多。AZ31 合金（Mg-3Al-1Zn-0.3Mn，重量百分比），因此在室溫下表現出更好的成形性。其中一些像稀釋的 Mg-1.5Zn-0.2Ce （wt%）和 Mg-1.5Zn-0.2Y （wt%）合金可以達到指數 Erichsen （IE）值，拉伸成形性的指標，超過 9 毫米，是甚至可與 6xxx 系列鋁合金相媲美。另一方面，最近的一項研究表明，在可熱處理的 Mg-1.2Al-0.8Zn-0.5Ca-0.4Mn （wt%）稀合金中可以獲得弱基面織構和快速時效硬化，這刺激了具有良好成形性和高強度的稀鎂板合金的發展。累積的實驗結果表明，具有弱基礎織構的稀合金作為鎂板合金很有前景。然而不幸的是，稀合金表現出較差的耐腐蝕性和高點燃風險，因為這些合金無法在表面形成有效的保護層

國家先進產業科學技術研究所（AIST）多材料研究所提出了一種導致高溫最終軋制 Mg-Al-Zn-Ca 合金板織構減弱的 SRX 機制，這與先前研究報告的機制不同。報告（i）通過 450° 和 510° 最終軋制加工的 Mg-6Al-1Zn-1Ca 和 Mg-6Al-1Zn-2Ca 合金板的機械性能評估結果，以及（ ii）這些片材的微觀結構和紋理的表征。系統的顯微組織研究表明，Mg-6Al1Zn-xCa （x= 1,2）合金板材拉伸成形性能的大幅度提高主要與基體織構的減弱有關。采用電子背散射衍射（EBSD）輔助滑移痕跡分析和準原位EBSD方法，研究了高溫軋制板材基面織構薄弱的機理。對Mg-6Al-1Zn-1Ca合金板材側表面的ebsd輔助滑移痕跡分析表明，當最終軋制溫度從450℃提高到510℃時，<c+a>的錐體滑移活性顯著增加。在隨后的退火過程中，經錐體<c+a>滑移變形的晶粒演化為取向較寬的新再結晶晶粒，這對較弱的基底織構的發展起著關鍵作用。相關研究成果以題“Substantial improvement in cold formability of concentrated Mg–Al–Zn–Ca alloy sheets by high temperature final rolling”發表在金屬頂刊Acta Materialia上。

論文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645421007084

總之，我們通過 510 °C 高溫終軋顯著提高了濃縮 Mg-6Al-1Zn-1Ca 和 Mg-6Al-1Zn-2Ca 合金板的冷拉伸成形性。為了證明高溫終軋的有效性，AZX611 合金板也經過 450 °C 終軋加工。從本研究中可以得出以下結論：

Mg-6Al-1Zn-1Ca 合金板經過 510 °C 終軋后在室溫下顯示出 7.9 mm 的大 IE 值，而經過 450 °C 終軋的相同板顯示出 4.1 mm 的低 IE 值。AZX611 合金板拉伸成形性的顯著增強可歸因于弱化的基底織構和降低的 Al 2 Ca 第二相顆粒的面積分數。

經過 510 °C 終軋的 Mg-6Al-1Zn-2Ca 合金板在 RT 下顯示出 8.0 mm 的大 IE 值，這在含 2 wt% Ca 的鎂合金中從未實現過。優異的 RT 拉伸成形性主要與弱的基底織構以及可變形球形 Al 2 Ca 顆粒的形成有關。

與 450 °C 終軋相比，510 °C 終軋期間金字塔 <c+a> 滑移更活躍，這促進了具有廣泛取向的 SRX 晶粒的形核，并最終導致 Mg– 弱基底織構的發展。6Al-1Zn-xCa （x=1, 2）合金板。

圖1。沿 RD、45° 和 TD 以及 IE 值的拉伸曲線顯示（a）510°C 和 450°C 終軋的 AZX611 板材和（b）510°C 終軋的 AZX612 合金板材的 RT 機械性能。

圖2。（0002）基極圖和 EBSD-IPF 圖顯示了最終軋制溫度為（a） 510 °C 和（b） 450 °C 以及（c）軋制態 AZX611 合金板材的織構和微觀結構最終軋制溫度為 510 °C 的板材。IPF 地圖疊加圖像質量（IQ）突出顯示最終軋制溫度為（d） 510 °C 和（e） 450 °C 的軋制 AZX611 合金板中的雙孿晶邊界，以及（f）最終軋制溫度為 510 °C 的軋制 AZX612 合金板的雙孿晶界。

圖3。（0002）基極圖和 EBSD-IPF 圖顯示了最終軋制溫度為（a） 510 °C 和（b） 450 °C 的退火 AZX611 合金板的織構和微觀結構，以及（c）退火 AZX612 合金板的最終軋制溫度為 510 ° C 最終軋制。（d）從退火的 AZX611 和 AZX612 合金板獲得的 XRD 圖案。

圖4。低倍 BSE 圖像顯示了最終軋制溫度為（a） 510 °C 和（b） 450 °C 的退火 AZX611 合金板和（c）最終軋制溫度為 510 °C 的退火 AZX612 合金板中粗大第二相顆粒的分布。放大的 BSE 圖像顯示了（d） 510 °C 和（e） 450 °C 終軋退火的 AZX611 合金板和（f） 510 °C 終軋退火的 AZX612 合金板中細小第二相顆粒的尺寸和面積分數。

圖5。（a） BF-STEM 圖像和（be）來自退火 AZX612 合金板的相應 EDS 元素圖。（f）原子級 HAADF-STEM 圖像顯示了 Al 2 Ca 顆粒沿 [111]的微觀結（g）從（a）中的納米級顆粒（由黑色箭頭表示）記錄的 EDS 光譜，顯示存在 Al 8 Mn 5相。

圖6。EBSD-IPF 圖和相應的 SEM 顯微照片顯示了最終軋制溫度為（a, c）的 AZX611 合金板材側表面的基底 <a>、棱柱 <a> 和棱錐 <c+a> 滑移產生的痕跡510 °C 和（b, d） 450 °C。觀察方向與TD平行。（e） AZX611 合金板中由基底 <a>、棱柱 <a> 和錐體 <c+a> 滑移變形的晶粒的數量分數。