清华大学唐国翌Metall. Mater. Trans. A：一种加工镁合金的新方案探究-电脉冲处理

【引言】

MG合金由于其密度低，比强度高，被认为是取代汽车和航空航天工业中的钢和铝的有希望的结构材料，但由于组织结构的局限性，不利于镁合金的广泛应用。除了延性差外，镁合金在变形过程中也会出现织构，导致强烈的机械各向异性。几十年来，基于晶粒细化和经过再结晶改性的两个原理，包括等通道角挤压、差速轧制、累积辊压粘合、冷加工、随后进行热处理等。虽然这些方法可以提高可成形性，但是它们的应用仍然存在与工艺或必要设备的复杂性相关的一些严重缺点。此外，在镁合金中添加稀土（RE）元素也被认为有利于成形性的提高。然而，成本相对较高，限制了它们在工业中的应用。

【成果简介】

近日，清华大学唐国翌教授（通讯作者）等人在Metall. Mater. Trans. A上发表了题为“A Comparative Study on the Static Recrystallization Behavior of Cold-Rolled Mg-3Al-1Zn Alloy Stimulated by Electropulse Treatment and Conventional Heat Treatment”的文章。通过热处理（HT）镁合金在相同温度下的实验作为对照测试，更好地评估EPT的效果，了解了电脉冲处理（EPT）对镁合金再结晶的促进行为，包括再结晶成核和晶粒生长阶段的显微组织和织构演变。

【图文导读】

图1. AZ31板材挤压分析图

（a）IPF图

（b）(0001), （1010）and （1120）极图

（c）晶界取向差分布图

图2. IPF图和轧制材料的极图

晶粒边界变得不规则，内部有许多亚晶界，冷轧后形成大量的微裂纹带，基面织构减弱，由“最大”值显示; 即织构强度表示随机分布（MRD）的倍数。

图3. （a）180s和（b）240s后冷轧AZ31钢带的IPF图和极图

图3给出了HT后AZ31钢带的显微组织和织构。HT180秒（图3（a））后，显微组织与轧制材料相比没有明显变化，剪切带被保留和有限的核形成。 对于经过240秒HT的样品（图3（b）），一些不规则的晶界发展成锯齿状，可能是由于晶界附近的核化凸起，表明了不连续的再结晶的特征。 一些微剪切带用作成核位点，并通过再结晶逐渐消耗。

图4. EPT处理之后的冷轧带材的IPF图

（a）3s

（b）4s，大变形晶粒内有大量的微剪切带和亚晶界

（c）5s

（d）6s，在晶界和剪切带附近形成大量的核；一些变形的晶粒和剪切带已经被成核和晶粒生长耗尽。

（e）7s

（f）8s，亚晶界和剪切带组成的显微基本上被再结晶细晶粒所取代。

图5. EPT处理之后的冷轧钢的极点图

（a）3s

（b）4s

（c）5s

（d）6s

（e）7s

（f）8s

图6. 热处理（HT）180s和240s后的极图

（a）HT和EPT样品核的极点图

（b）（0001）极点图的最大强度

（c）显示其核的6-s-EPT样品的IPF图

图7. HT和EPT成核机制的EBSD分析

（a）HT样品

（b）EPT样品的成核机理

（c）HT和EPT样品中ET和CT的相对分数

（a）和（b）中的黑线和白线分别表示HAGB（>15度）和ET边界。 （a2）中嵌入的曲线对应于沿着黑色箭头的晶界取向。（b2和3）中嵌入的曲线表示沿着黑色箭头的晶界取向。（a3）中的黑色箭头指向CT边界，用绿线表示。（b3）显示带状对比模式下的变形矩阵以及在IPF模式下的相邻晶粒。

【小结】

本研究旨在了解EPT促进的再结晶行为，包括再结晶成核和晶粒生长阶段的显微组织和织构演变。电子背散射衍射结果表明，EPT刺激的再结晶在8秒内完成，而对于HT，即使在240秒之后，再结晶仍远未完成。发现这两个过程的成核和晶粒生长完全不同。在EPT样品中，成核倾向于通过连续再结晶优先发生在延伸的孪晶边界和晶界附近，而在HT样品中，成核主要通过不连续再结晶的晶界膨胀而发生。随着晶粒生长的进行，EPT样品的织构强度逐渐下降，最终演变为明显的横向分裂织构。这可能是由于电脉冲对边界能量的影响和非基面位错的贡献。然而，HT样品的基面织构显着增强，这与相对于变形织构的晶面取向有关。更重要的是，EPT刺激的再结晶倾向于表现出改良的织构，与HT后的基面织构保持完全不同，从而使“轧制+ EPT”成为制造镁合金产品的备选方案。

文献链接：A Comparative Study on the Static Recrystallization Behavior of Cold-Rolled Mg-3Al-1Zn Alloy Stimulated by Electropulse Treatment and Conventional Heat Treatment（Metall. Mater. Trans. A，2017，DOI：10.1007/s11661-017-4418-x）

本文由材料人编辑部张润凯编译， 陈炳旭审核，点我加入材料人编辑部。

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