高 低的应变速率给予动态再结晶晶粒足够的时间
形核 高的温度则使得晶界扩散速率增加 从而动
态再结晶进行的更充分
1.2 镁合金动态再结晶的组织特点
动态再结晶是一个形核与核心长大的过程 镁合
金的动态再结晶组织为大小不均且晶内位错密度较 低的等轴晶粒 如图 2 所示[16] 随着变形量的增大
动态再结晶晶粒变得细小且均匀 动态再结晶的晶粒
镁合金中的动态再结晶随塑性变形模式不同而 不同 动态再结晶的形核机制以及晶粒大小与变形 温度 变形速度 变形程度以及原始晶粒组织密切 相关 本文作者介绍了各种因素对镁合金动态再结 晶的影响以及镁合金动态再结晶的形核机制
1 镁合金动态再结晶的特点
动态再结晶和静态再结晶一样 也是形核与长 大的过程 相对于面心立方结构金属来说 镁合金 更容易发生动态再结晶 这是由于镁合金为密排六 方结构 滑移系非常有限 并且镁及镁合金的层错
由于镁合金室温塑性变形能力较差 镁合金的应 用受到很大限制 如何改善镁合金的塑性已成为人们 关注的重点 由 Hall–Petch 公式可知 通过细化晶 粒可以提高镁合金的力学性能 并且越来越多的研究 表明 晶粒细化可以提高镁合金的塑性 当晶粒尺寸 小于 10 μm 时 镁合金具有良好的超塑性能[1~6] 动 态再结晶作为一种有效的软化和晶粒细化机制 对控 制镁合金的变形组织 改善镁合金的塑性变形能力以 及提高材料的力学性能具有重要的意义[7~11]
b T=370
200m
3300 μm c T=415
115500 μm
万方数据
150 μmm
图图33 AAZ9Z19镁1 镁合合金挤金压挤组压织组织
a 335
b 370
c 415
(a)335 (b)370 (c)415
142
化工进展
2006 年第 25 卷
2.1 变形温度的影响 热变形金属内的位错密度上升到一定值 即驱
2 镁合金动态再结晶的影响因素
动态再结晶是在变形的过程中形核与长大的
因此变形温度 变形程度以及应变速率对动态再结
晶的形核和晶粒大小有着密切的关系 同时 原始
晶粒组织对动态再结晶也有一定的影响
0.50
0.73
图 2 AZ31 镁合金在 450 变形后的微观组织 应变速率为 1 100s-1
a T=335
/MPa
180
160 573K
140
623K
120
673K
100
723K
80
60
40
20
0
0.001
0.1
10
ε＆/s 1
图 4 AZ31 流变应力与真应变速率的关系
动态再结晶是一个速率控制的过程 变形速率
不仅影响新晶粒的形核 而且对新晶粒的尺寸有很 大影响 Liu Yi 指出 AZ31 合金在 350 变形时 应变速率从 1×10 3/s 升高到 1×10 2/s 时 细小晶 粒的体积分数随应变速率的增加而增加 但是随着 应变速率从 1×10 3/s 到 1×100/s 的升高而减少 图 5 [16] 一般认为 变形速度对晶粒尺寸的影响应 与变形温度综合考虑 Kaibyshev 等认为 增大 Z 参数 ε＆exp Q/RT 可以获得晶粒细化效果[12, 22,23] 由 Z 参数的公式可以得出 降低温度以及提高应变 速率都可以使 Z 值升高 Barnett 等[24]在研究中也证 实 在热变形过程中 AZ31 镁合金的晶粒尺寸随 着 Z 参数的增大而减少 2.3 变形程度的影响
化工进展
140
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS
2006 年第 25 卷第 2 期
镁合金的动态再结晶
陈振华 许芳艳 傅定发 夏伟军
湖南大学材料科学与工程学院 长沙 410082
摘 要 介绍了镁合金动态再结晶的应力应变曲线和组织特点，分析了变形温度 变形速度 变形程度以及原始晶
Abstract The stress-strain curves and texture characteristics of dynamic recrystallization of magnesium alloy are introduced. The influences of deformation temperature strain rate strain and original texture on nucleation and grain size of dynamic recrystallization of magnesium alloy are discussed. Within a certain range grain size becomes small as deformation temperature declines and strain rate rises. The nucleation mechanisms of DRX are reviewed. Key words magnesium; magnesium alloys; dynamic recrystallization
万方数据
第2期
陈振华等 镁合金的动态再结晶
143
晶粒尺寸/μm /MPa
多而细化晶粒 如图 2 所示 在变形量很低时 晶粒粗大 并且存在一部分孪晶 随着变形程 度的增大 晶粒变得越来越细小 并且动态再 结晶晶粒的数量越来越多 Liu Yi 总结了晶粒 尺寸与应变量之间的关系 如图 6[16] 在试验的 温度和应变速率下 在变形初期晶粒尺寸随应 变的增加而急剧下降 当真应变达到一定值后 晶粒尺寸的变化很小 这是由于在大的变形量 下 大量的塑性变形造成金属晶体结构的严重 畸变 为再结晶的产生提供了有利的条件 再 结晶时从晶格严重畸变的高能位区域产生大量 的晶核 新的晶粒又在正长大的再结晶晶粒边 界形核长大 从而导致晶粒细化[25]
350 623K 0.001/s 623K 0. 01/s
300
623K 1/s
673K 0.001/s
673K 0. 01/s
673K 1/s
250
723K 0.001/s 723K 0. 01/s
723K 1/s
773K 0.001/s
200
773K 0.01/s
773K 1/s
150
100
50
动态再结晶的形核需要一个临界变形程度 只
有当实际变形程度超过临界变形程度时 动态再结
晶才能发生 且与静态再结晶相比 动态再结晶一
般所需的临界变形程度更大 稍低于达到峰值应力
时的应变 此外 变形程度对动态再结晶的晶粒尺
寸也有很大的影响 增大变形程度可使晶内位错密
度增加 晶格畸变加剧 从而使新晶粒形核数目增
1 10 3s 1 =0.79 10%
10% 10%
1 10 2s 1 =0.76
10% 20%
1 100s 1 =0.74 10%
5%
5%
5%
5% 10%
10%
02
4 6 8 10 12 0 晶粒尺寸
0 2 4 6 8 10 12 0 晶粒尺寸
0 2 4 6 8 10 12 0 晶粒尺寸
图 5 AZ31 镁合金在 350 不同应变速率下变形晶粒尺寸分布图
不仅与变形量的大小有关 并且与变形温度 应变速
=0.11
0.28
率有关 变形温度越高 动态再结晶进行得越充分 组织越为均匀 但晶界扩散和晶界迁移能力增强 晶 粒容易长大而导致晶粒粗大 随着应变速率增加 变 形过程中产生的位错来不及抵消 位错增多 再结晶 形核增加 导致晶粒细化 动态再结晶晶粒一般在晶 界或晶界附近形核长大 由于再结晶晶粒在形核与长 大的同时变形还在继续 所以动态再结晶晶粒不同于 再结晶退火时得到的完全无畸变的等轴晶粒 在动态 再结晶晶粒内有一定程度的应变
AZ31 镁合金在不同温度下的流变应力与应变 速率之间的关系如图 4[20] 在不同温度下 随着真 应变速率的增加 流变应力线性上升 因此 降低 变形速度可促使镁合金动态再结晶的发生 Yin 等 认为[21] 随着应变速率的升高 在 AZ31 合金中的 动态再结晶形核受到抑制 这是由于应变速率过高 时 位错急剧堆积 应力集中得不到释放 从而抑 制了动态再结晶的形核
Dynamic recrystallization of magnesium alloy
CHEN Zhenhua XU Fangyan FU Dingfa XIA Weijun
College of Materials Science and Engineering Hunan University Changsha 410082
Ravi Kumar 等研究了 AZ91 镁合金在不同温度 下挤压后的微观组织 如图 3 [20] 在 335 370
415 下挤压时都发生了动态再结晶 组织由细 小等轴晶粒组成 挤压后的平均晶粒尺寸分别为 4 μm 11 μm 和 16 μm 随着挤压温度的升高 晶粒 明显长大 Liu Yi 在研究中也指出[16] AZ31 镁合 金动态再结晶晶粒随变形温度的升高而增大 在高 的应变速率以及低的温度下可以得到细小的再结晶 晶粒 2.2 变形速度的影响
能较低 晶界扩散速度较高 使得在亚晶界上堆积
的位错能够被这些晶界吸收 从而加速动态再结晶
的过程
1.1 镁合金动态再结晶时的应力-应变曲线特点 大量研究表明[12~15] 镁合金高温变形时发生动
态再结晶时的应力-应变曲线由于动态再结晶的软
80
300 0.3s-1
70
应力/MPa
60
300 0.03s-1
万方数据
第2期
陈振华等 镁合金的动态再结晶
141
化与热加工硬化的相互作用 流变应力-应变曲线为