ZK60镁合金热轧变形组织和织构形成机制研究

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本论文分别以ZK60铸锭和热轧板为研究对象,综合利用TEM、EBSD、XRD等多种先进的表征分析技术,对该合金在热轧过程中的变形机制、组织与织构演化进行了系统研究:详细的分析了铸态ZK60合金热轧板材中的从ND向TD倾斜的双峰基面织构的形成机制,探讨了Zn在该类型织构形成过程中所扮演的角色;揭示了ZK60合金热轧板材在退火过程中的织构演变和基极向ND聚集的机制;讨论了具有基面织构的热轧板材在热轧过程中剪切带的微观组织和形成机制。最后,提出了一种侧面交叉冷锻预处理方法,大幅提高了铸态ZK60合金轧制变形能力。本研究的主要发现包括:  ①高Zn含量有助于促进Mg-Zn系热轧板材中形成沿TD-倾斜双峰基面织构。对于ZK60,在400℃单道次轧制时,当道次变形量大于19%,就会形成基极从ND向TD明显倾斜的双峰基面织构。由于只有有限的动态再结晶,这种织构主要是变形织构。利用VPSC模型的晶体塑性模拟研究表明,非基面滑移较高的活性是TD-倾斜双峰基面织构形成的主要原因。虽然传统观点认为柱面滑移在TD-倾斜双峰基面织构形成中起主要作用,然而我们研究发现,相比于柱面滑移,锥面滑移在这种织构形成中起到更为重要的作用。  ②单道次轧后的ZK60板材经过退火处理后,热轧板中沿TD-倾斜双峰基面织构会被基极平行于ND的单峰基面织构所取代,并且发生了基极向ND聚集现象。研究发现,静态再结晶晶粒主要出现在含有大量孪晶的剪切带中,基面取向的再结晶晶粒比非基面取向的再结晶晶粒具有更高的形核率。随后的晶粒长大过程没有改变这种平衡,最终导致了基极向ND的集中分布。退火处理导致热轧板TD-倾转双峰织构的消失也揭示了在其它关于ZK60研究的报道中没有发现这种织构,其原因在于这些研究中热轧采用了中间退火或轧制后退火,中间退火和轧后退火使TD倾转的双峰基面织构消失。  ③具有强烈基面织构的ZK60热轧板在400℃热轧时,较低压下量时,DRX优先在晶界大量发生。这些DRXed区域通过聚集、扩展逐渐形成大的剪切带。剪切带一般以与RD成±40°夹角并相互对称的形式出现;亚微米级尺寸的等轴和拉长DRXed晶粒同时出现在剪切带中,这表明变形主要集中在剪切带内部,再结晶晶粒在亚微米尺寸就开始发生塑性变形。而微米级和亚微米级尺寸的{10(1)1}压缩孪晶和{10(1)1}-{10(1)2}二次孪晶形变孪晶则同时出现在剪切带外部区域,对剪切带的形成作用较小。晶界附近形核的DRXed晶粒与其相应基体具有相似的晶体取向,而二次孪晶内部形核的DRXed晶粒取向则沿其母体晶粒发生了倾斜。热轧也使织构基极向TD扩散。  ④侧面交叉冷锻预变形可以显著提高ZK60铸锭热轧成型能力,未预变形试样道次压下量超过20%时就发生了明显开裂,而预变形试样经过道次55%压下量也未出现明显开裂。侧面交叉冷锻引入了大量{10(1)2}拉伸孪晶,显著细化晶粒,改善变形能力和促进热轧过程中的动态再结晶;同时通过冷锻路径的控制可以形成有利于轧制变形的织构类型(晶粒c轴垂直于ND),提高滑移活性,使位错的滑移可以协调沿厚度方向的变形。  本论文的研究成果揭示了ZK60合金热轧过程中的变形机制、织构和组织演化规律和机制,为其轧制加工工艺优化提供了重要参考。并提出了一种新的有效预处理技术,显著提高其轧制成形能力,有望在实际生产中获得应用。
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