上交大曾小勤教授團隊發現高速壓縮鎂合金孿晶再結晶機制

2020-09-09 特鑄雜誌

變形孿晶,能夠通過孿晶誘導再結晶來實現組織細化,是鎂合金中重要的協調變形機制,對密排六方(hcp)鎂合金非常重要。鎂合金中常見孿晶模式有{102}〈101〉拉伸孿晶,{101}〈102〉壓縮孿晶和{101}-{102}雙孿晶,此外,由於高應力,拉伸孿晶可能會變粗,這為進一步的應變積累提供了機會。在少數與靜態再結晶現象相關的報告中,研究人員研究了AZ31的靜態再結晶,證實了壓縮孿晶確實比拉伸孿晶佔據了更有效的形核位置,但沒有深入探討孿晶模式及其形貌對再結晶的影響。

眾所周知,隨著應變速率的增加,孿晶發生的頻率更高,因此在高速變形的鎂合金中可以實現多種孿晶模式。同時,Mg-1Zn(wt.%)鑄造合金常含有等軸晶,無析出相,可作為研究孿晶再結晶機理的模型合金。

近日,上海交大材料學院曾小勤教授團隊於國際期刊《Journal of Magnesium and Alloys》上發表了題為「Twin recrystallization mechanisms in a high strain rate compressed Mg-Zn alloy」的研究論文,研究了不同退火時間下高速壓縮Mg-1Zn的微觀組織演變,並提出了一種方案來比較孿晶類型及其形態對靜態再結晶的影響。


論文連結:https://doi.org/10.1016/j.jma.2019.12.011

EBSD反極圖和形貌圖顯示鑄造織構很弱,觀察到的異常拉伸孿晶可歸因於具有超高應變率的嚴重塑性變形中的過度剪切。同時出現了一種新型的具有53°/〈100〉邊界的結構,證實了雙孿晶是在粗拉伸孿晶後期隨著進一步剪切而形成的。



在200°C的溫度下對SHPBed樣品進行退火處理,結果發現硬度變化和再結晶分數都出現了三個階段,且呈現出相似的趨勢。是由於回復和隨後的再結晶形核,快速階段硬度下降,佔總壓下量的60%。在穩定階段,隨著再結晶分數的增加,等軸晶逐漸粗化,硬度值基本不變。

雙孿晶(CT)具有較高的再結晶電位,一些粗拉伸孿晶及其內部雙孿晶(TT/TC)可加速晶界再結晶形核。因此,獲得更多的壓縮孿晶或粗大孿晶相較於透鏡狀拉伸孿晶更能加速再結晶過程。

綜上所述,文中發現在高速變形的條件下,除了常見的三種孿晶類型之外,還出現了一種新型的具有53°/〈100〉邊界的結構,並且高速變形過程中的剪切作用使得其邊界取向差偏離理論值7°左右。退火後,壓縮孿晶與雙孿晶最先發生再結晶,粗片狀的拉伸孿晶和雙孿晶也是再結晶優先形核的位置,而對應的透鏡狀拉伸孿晶在再結晶過程中幾乎沒有改善。因此,獲得更多的壓縮孿晶或粗孿晶來代替透鏡狀拉伸孿晶是控制變形鎂合金再結晶過程的有效途徑。

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