清華大學唐國翌Metall. Mater. Trans. A：一種加工鎂合金的新方案探究-電脈沖處理

【引言】

MG合金由于其密度低，比強度高，被認為是取代汽車和航空航天工業中的鋼和鋁的有希望的結構材料，但由于組織結構的局限性，不利于鎂合金的廣泛應用。除了延性差外，鎂合金在變形過程中也會出現織構，導致強烈的機械各向異性。幾十年來，基于晶粒細化和經過再結晶改性的兩個原理，包括等通道角擠壓、差速軋制、累積輥壓粘合、冷加工、隨后進行熱處理等。雖然這些方法可以提高可成形性，但是它們的應用仍然存在與工藝或必要設備的復雜性相關的一些嚴重缺點。此外，在鎂合金中添加稀土（RE）元素也被認為有利于成形性的提高。然而，成本相對較高，限制了它們在工業中的應用。

【成果簡介】

近日，清華大學唐國翌教授（通訊作者）等人在Metall. Mater. Trans. A上發表了題為“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。通過熱處理（HT）鎂合金在相同溫度下的實驗作為對照測試，更好地評估EPT的效果，了解了電脈沖處理（EPT）對鎂合金再結晶的促進行為，包括再結晶成核和晶粒生長階段的顯微組織和織構演變。

【圖文導讀】

圖1. AZ31板材擠壓分析圖

（a）IPF圖

（b）(0001), （1010）and （1120）極圖

（c）晶界取向差分布圖

圖2. IPF圖和軋制材料的極圖

晶粒邊界變得不規則，內部有許多亞晶界，冷軋后形成大量的微裂紋帶，基面織構減弱，由“最大”值顯示; 即織構強度表示隨機分布（MRD）的倍數。

圖3. （a）180s和（b）240s后冷軋AZ31鋼帶的IPF圖和極圖

圖3給出了HT后AZ31鋼帶的顯微組織和織構。HT180秒（圖3（a））后，顯微組織與軋制材料相比沒有明顯變化，剪切帶被保留和有限的核形成。 對于經過240秒HT的樣品（圖3（b）），一些不規則的晶界發展成鋸齒狀，可能是由于晶界附近的核化凸起，表明了不連續的再結晶的特征。 一些微剪切帶用作成核位點，并通過再結晶逐漸消耗。

圖4. EPT處理之后的冷軋帶材的IPF圖

（a）3s

（b）4s，大變形晶粒內有大量的微剪切帶和亞晶界

（c）5s

（d）6s，在晶界和剪切帶附近形成大量的核；一些變形的晶粒和剪切帶已經被成核和晶粒生長耗盡。

（e）7s

（f）8s，亞晶界和剪切帶組成的顯微基本上被再結晶細晶粒所取代。

圖5. EPT處理之后的冷軋鋼的極點圖

（a）3s

（b）4s

（c）5s

（d）6s

（e）7s

（f）8s

圖6. 熱處理（HT）180s和240s后的極圖

（a）HT和EPT樣品核的極點圖

（b）（0001）極點圖的最大強度

（c）顯示其核的6-s-EPT樣品的IPF圖

圖7. HT和EPT成核機制的EBSD分析

（a）HT樣品

（b）EPT樣品的成核機理

（c）HT和EPT樣品中ET和CT的相對分數

（a）和（b）中的黑線和白線分別表示HAGB（>15度）和ET邊界。 （a2）中嵌入的曲線對應于沿著黑色箭頭的晶界取向。（b2和3）中嵌入的曲線表示沿著黑色箭頭的晶界取向。（a3）中的黑色箭頭指向CT邊界，用綠線表示。（b3）顯示帶狀對比模式下的變形矩陣以及在IPF模式下的相鄰晶粒。

【小結】

本研究旨在了解EPT促進的再結晶行為，包括再結晶成核和晶粒生長階段的顯微組織和織構演變。電子背散射衍射結果表明，EPT刺激的再結晶在8秒內完成，而對于HT，即使在240秒之后，再結晶仍遠未完成。發現這兩個過程的成核和晶粒生長完全不同。在EPT樣品中，成核傾向于通過連續再結晶優先發生在延伸的孿晶邊界和晶界附近，而在HT樣品中，成核主要通過不連續再結晶的晶界膨脹而發生。隨著晶粒生長的進行，EPT樣品的織構強度逐漸下降，最終演變為明顯的橫向分裂織構。這可能是由于電脈沖對邊界能量的影響和非基面位錯的貢獻。然而，HT樣品的基面織構顯著增強，這與相對于變形織構的晶面取向有關。更重要的是，EPT刺激的再結晶傾向于表現出改良的織構，與HT后的基面織構保持完全不同，從而使“軋制+ EPT”成為制造鎂合金產品的備選方案。

文獻鏈接：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）

本文由材料人編輯部張潤凱編譯， 陳炳旭審核， 點我加入材料人編輯部。

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