国外工艺技术集锦
Vol.27,No.10,2008
AZ31镁合金在高温变形中的组织变化和机械性能
在实用金属中，镁合金的密度最小，而且镁合金具有优异的比强度、届强比、切削性、再生性。近年来，在便携式电子产品以及家电产品的壳体应用方面正在扩大。镁合金具有密排六方晶体结构，属难加工的材料，可是当进行温加工或热加工时，较易形成微细晶粒组织，有望使底面滑移以外的滑移系发生作用，而提高其成形性。
以往对镁合金的机械性能及变形行为的研究主要是在单轴应力条件下进行的，但在利用其超塑性进行胀形成形加工时会产生裂纹，因此仅是单轴应力下的性能不能直接说明实际成形阶段产生的诸问题。为此，有必要探讨负荷应力状态下机械性能与组织的关系。本研究采用双轴（相互垂直)拉伸试验机，在施加连续的双轴应力下进行镁合金板的高温拉伸试验，研究其组织变化和机械性能，并与单轴应力下的高温拉伸试验结果进行了比较分
析。
采用的试样为板厚1.0mm的市售AZ31镁合金热轧板，其化学组成（质量比）：A1为3.0%，Zn为 0.89%，Mn为0.50%，Cu为0.0016%，Si为0.028% Fe为0.002%，余量为Mg。用SEM对AZ31镁合金的纵断面进行观察，可以看到其原始晶粒为17μm 的等轴晶。单轴拉伸用试样取轧制方向为试样长度方向，平行部尺寸为3.0mm。双轴拉伸用十字形试样取x轴为轧制方向，平行部尺寸为6.0mm。
高温拉伸试验的起始应变速率在0.27x×10-2.7×10-ls-范围，试验温度573K，升温速度为 0.17K/s，到达试验温度后保持900s（保持后测得此时的晶粒粒径约为21um）。试验在大气中进行。双轴拉伸试样的X轴和Y轴拉伸速度比为1:1。
表1为不同起始始应变速率下单轴高温拉伸和双轴高温拉伸试验结果。
表1在各起始应变速度下单轴和双轴高温拉伸试验结果
起始应变速率/s-1
单轴拉伸双轴拉伸
2.7x10-2.7x10-2 2.7×10-3 2.7×10-2.7×10-1 2.7x10-2 2.7x10-3 2.7×10-
属服强度/MPa
57 43 17 5 65 51 43 40
抗拉强度/MPa
69 52 22 10 122 95 80 72
由表1可知，双轴变形试样的屈服应力和抗拉强度均远大于单轴变形的，而且可发现单轴变形试样有超塑性变形存在，而同样条件下双轴变形试样没有发现超塑性变形存在。可见AZ31镁合金双轴变形时即使在高温下变形抗力也很大。这是由于相对于单轴变形，板厚和板幅变形同时存在，变形时由于变形处于约束状态，因而其塑性流动性差，变形时的平均应力比单轴变形高，在没有呈现大的伸长时就断裂，因而就没有了超塑性。
等效应变/%
92 108 163 228 19 19 29 23
塑性系数，F
131 90 38 18 178 150 128 117
加工硬化指数，n
0.286 0.225 0.217 0.325 0.217 0.260 0.294 0.276
对单轴和双轴变形后的试样进行了SEM组织观察。结果发现，在单轴拉伸变形过程中，当ε为 2.7x10-s1时，在拉伸方向为伸长组织；而当g为 2.7x10-2~2.7×10-4s时，有晶界滑移的变形带存在，其近邻有晶粒的凹凸化，这就是单轴变形时发现超塑性的原因。在双轴拉伸变形过程中，无论起始应变速率为多少，所形成的晶粒均为等轴晶。同时，尽管至断裂的变形量达30%左右，所观察到的组织是以微细晶粒为主。这是由于在变形过程中，粗大