不同热处理工艺轧制态AZ80D镁合金疲劳后的显微组织观察.pdf

1-2驻着t/2=0.008图 1轧制态 AZ80D 镁合金疲劳后金相组织形貌不同热处理工艺轧制态 AZ80D 镁合金疲劳后的显微组织观察卢振敏1，孙颖2（1.宝武太钢不锈钢股份有限公司，山西太原030001；2.山西工程职业学院，山西太原030009）摘要：对不同热处理工艺的轧制态 AZ80D 镁合金疲劳后试样进行显微组织观察和疲劳断口扫描，分析发现，轧制状态 AZ80D 镁合金晶粒大小很不均匀。经过固溶处理的 AZ80D 镁合金，晶粒长大现象非常明显，晶粒大小相对均匀。不同热处理状态的 AZ80D 镁合金疲劳后，都出现了孪晶变形现象，可为以后提高 AZ80D 镁合金的疲劳性能提供更多的参考数据。关键词：轧制态；AZ80D 镁合金；疲劳；显微组织中图分类号：TG146.2文献标识码：A文章编号：1672-1152（2023）09-0001-030引言本论文主要研究材料为含有少量 Ce 的 AZ80D镁合金，AZ80D 为 Mg-Al-Zn 系合金，添加适量 Ce 可进一步优化合金的组织与性能。添加的 Ce 元素通过固溶强化、形成金属间化合物的沉淀强化以及抑制一些稳定性较差的相在高温下析出等，来提高镁合金常温时的强度和高温蠕变强度。此外，AZ80D 塑性较高、可锻性好，主要应用于汽车、航空领域，尤其在汽车轮毂行业中得到了广泛应用1-3。1实验材料将直径 300 mm 的镁合金铸锭热挤压后，再经过多道次轧制，得到 5 mm 厚的 AZ80D 镁合金板，作为本实验所用的材料。2实验方法利用金相显微镜分别对镁合金 AZ80D 在轧制态、固溶处理状态（380 2 h）和时效处理状态（168 16 h）疲劳后的金相显微组织进行观察。所用的化学腐蚀剂为：苦味酸 1.5 g、乙酸 5 mL、乙醇25 mL和水 10 mL。本实验利用扫描电子显微镜对低周疲劳加载条件下的断口形貌进行系统观察，确定不同状态下疲劳裂纹的萌生和扩展机制。3实验结果与分析图 1 所示为轧制态 AZ80D 镁合金在 0.003 与0.008 外加名义总应变幅（驻着t/2）下的疲劳试样金相照片。从金相照片中可观察到，轧制态的晶粒大小呈现明显的不均匀现象。当外加名义总应变幅为 0.003时，晶粒内部未见孪晶现象，如图 1-1 所示。当外加名义总应变幅为 0.008 时，可在少量晶粒内部看到孪晶现象，这是由于镁合金为密排六方金属，其对称性比较低，滑移系少。因此，在晶体取向不利于滑移时，镁合金常以孪生方式进行，如图 1-2 所示。图 2 所示为时效态 AZ80D 镁合金在 0.003 与0.008 外加名义总应变幅下的疲劳试样金相照片。从时效态的金相照片中也可观察到，时效态的晶粒大小比轧制态的晶粒略均匀些。对于时效态 AZ80D 镁合金而言，当外加名义总应变幅为 0.003 时，晶粒内部未见孪晶现象，如图 2-1 所示。当外加名义总应变幅为 0.008 时，可在晶粒内部看到大量的孪晶现象，如图 2-2 所示。收稿日期：2023-03-30基金项目：山西省高等学校科技创新项目（2022L703）；山西工程职业学院课题（KY2021-18、KY2021-17）第一作者简介：卢振敏（1985），男，河南商丘人，硕士，毕业于东北大学，工程师，主要从事钢材的塑性成形及退火研究工作。总第 212 期2023 年第 9 期山西冶金Shanxi MetallurgyTotal 212No.9，2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.09.0011-1驻着t/2=0.00350 滋m100 滋m100 滋m50 滋m试（实）验研究山西冶金E-mail:第 46 卷图 3 所示为固溶态 AZ80D 镁合金在 0.003 与0.008 外加名义总应变幅下的疲劳试样金相照片。从图中可以观察到，固溶态的晶粒大小比轧制态和时效态的晶粒要均匀得多，可见在固溶处理过程中，晶粒发生了明显的长大现象。对于固溶态 AZ80D 镁合金而言，当外加名义总应变幅为 0.003 时，晶粒内部未见孪晶现象，如图 3-1 所示。当外加名义总应变幅为0.008 时，可在晶粒内部看到大量的孪晶现象，如图3-2 所示。分析可知，轧制态 AZ80D 镁合金晶粒大小非常不均匀，固溶处理后的 AZ80D 镁合金，晶粒发生了长大的现象，晶粒大小较为均匀。无论轧制态、时效态，还是固溶态，AZ80D 镁合金疲劳后，都出现了孪晶现象，并且随外加名义总应变幅的增加，孪晶数量逐渐增多，这是由于随着外加总应变幅的增加，循环应力增大，在孪生方向上达到临界分切应力值的孪生面增多，导致孪生数量增多，从而塑性变形逐渐增大4。图 4 为疲劳断口的宏观形貌 SEM 照片和疲劳源区形貌的 SEM 照片。从断口的宏观形貌照片可观察到断口的表面较为粗糙，疲劳源区域数量也不只一个，属于多源疲劳，这在低周疲劳的断口上较为常见，并且多个疲劳源不在同一平面上，疲劳源之间扩展形成了阶梯状，而且台阶的高度差比较大，所以造成断口表面粗糙，粗糙度随着总应变幅的增加值逐渐增大5。由疲劳源区的 SEM 照片上可见疲劳源多萌生于材料的表面的第二相粒子、表面缺陷处，或疲劳源区的裂纹直接萌生于材料的表面6。图 5 为疲劳扩展区形貌的 SEM 照片，从图片中可观察到，不同热处理状态在不同应变幅下，疲劳扩展区的裂纹大多以穿晶的方式进行，扩展区的裂纹主要萌生于比较硬脆的第二相，或在晶界处萌生，且在扩展区内有微裂纹萌生，在晶粒及韧窝处可见撕裂的解理的小平面，这表明不同热处理状态的 AZ80D 镁合金疲劳断裂主要是以解理方式进行的7。在硬脆的第二相附近可以看见弥散分布的第二相粒子的孔坑，部分孔坑里存在细小的第二相粒子，还可看到形如正方形的比较规则的第二相粒子留下的空洞8。4结论本文通过对不同热处理工艺下的轧制态 AZ80D镁合金疲劳后试样的显微组织观察、疲劳断口扫描，得出以下结论：1）轧制态 AZ80D 镁合金晶粒大小非常不均匀。2-1驻着t/2=0.0032-2驻着t/2=0.008图 2时效态 AZ80D 镁合金金相显微组织3-1驻着t/2=0.0033-2驻着t/2=0.008图 3固溶态 AZ80D 镁合金金相显微组织图 4AZ80D 镁合金疲劳源区微观形貌4-1固溶态疲劳断口的宏观形貌 驻着t/2=0.0034-2轧制态疲劳源区形貌驻着t/2=0.0064-3时效态疲劳源区形貌驻着t/2=0.0034-4固溶态疲劳源区形貌驻着t/2=0.00350 滋m100 滋m50 滋m100 滋m50 滋m100 滋m50 滋m100 滋m1 mm1810 滋m2 00050 滋m50050 滋m5002窑窑2023 年第 9 期图 5AZ80D 镁合金疲劳扩展区微观形貌固溶处理后的 AZ80D 镁合金，晶粒发生了明显的长大现象，晶粒大小较为均匀。2）不同热处理状态的 AZ80D 镁合金疲劳后，都出现了孪晶变形现象，并且随外加名义总应变幅的增加，孪晶数量逐渐增多。3）疲劳断口属于多源疲劳，多个疲劳源不在同一个平面上，疲劳源之间扩展形成了高度差较大的阶梯，疲劳断口表面粗糙，粗糙度随着总应变幅的增加逐渐增大。参考文献1师昌绪，李恒德，王定佐，等.加速我国金属镁工业发展的建议J.材料导报，2001（4）：5-6.2Froes F H,Eliezer D,Aghion E.The science,technology,and applicationof magnesiumJ.JOM，1998(9):30-34.3曾小勤，王渠东，吕宜振，等.镁合金应用进展J.铸造，1998（11）：39-43.4张津，章宗和.镁合金及应用M.北京：化学工业出版社，2004.5刘正，张奎，曾小勤.镁基轻质合金理论基础及其应用M.北京:机械工业出版社，2002.6胡斌.AZ80D 变形镁合金组织与性能的研究D.重庆：重庆大学，2006.7陈振华.变形镁合金M.北京:化学工业出版社，2005.8孙颖，王萍萍.不同热处理工艺对 AZ80D 镁合金板材低周疲劳性能的影响J.现代工业经济和信息化，2018（13）：24-27.（编辑：郭萍茹）5-1轧制态 驻着t/2=0.015-2轧制态 驻着t/2=0.0045-3固溶态 驻着t/2=0.0035-4固溶态 驻着t/2=0.0065-5轧制态 驻着t/2=0.015-6固溶态 驻着t/2=0.004Microstructure Observation of Rolled AZ80D Magnesium Alloy with Different HeatTreatment Processes after FatigueLu Zhenmin1,Sun Ying2（1.Baowu Taigang Stainless Steel Co.,Ltd.,Taiyuan Shanxi 030001,China;2.Shanxi EngineeringVocational College,Taiyuan Shanxi 030009,China）Abstract:By observing the microstructure,scanning and analyzing the fatigue fracture surface of rolled AZ80D magnesium alloy samplesafter fatigue using different heat treatment processes,it is found that the grain size of rolled AZ80D magnesium alloy is very uneven.Aftersolution treatment,the grain growth phenomenon of AZ80D magnesium alloy is unusual,and the grain size is relatively uniform.After fatigue,AZ80D magnesium alloy under different heat treatment conditions all exhibit twin deformation,to provide more reference data for improvingthe fatigue properties of AZ80D magnesium alloy in the later stage.Key words:rolling state;AZ80D magnesium alloy;fatigue;microstructure10 滋m1 00010 滋m2 00010 滋m2 00050 滋m50010 滋m1 00050 滋m500欢迎投稿 欢迎订阅联系电话：[phone]电子邮箱：卢振敏，等：不同热处理工艺轧制态 AZ80D 镁合金疲劳后的显微组织观察3窑窑