Mg含量对Al-Mg合金动态再结晶的影响

D0I:10.13374/i.issn1001053x.1997.01.009 第19卷第1期 北京科技大学学报 VoL19 No.1 1997年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.1997 Mg含量对Al-Mg合金动态再结晶的影响 林均品 北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京100083 摘要利用偏振光金相和透射电子显微镜研究了AI一2%Mg,A1一6%Mg和Al一9%Mg合金 热形变过程中的动态再结晶行为.结果表明：Al一2%Mg和Al一6%Mg合金的动态再结晶是在 一定的Z参数范围内发生的，而Al一9%Mg合金的动态再结晶行为与低层错能材料相似.Mg含 量增加促进了该合金动态再结晶的发生，原因是Mg原子气团阻碍位错的交滑移，使动态回复难以 发生. 关键词A!-Mg合金，动态再结晶，Z参数 中图分类号TG111.7 一般认为，铝及铝合金层错能较高，位错易进行交滑移，属于动态回复型合金，近年来国 内外许多学者发现，铝及铝合金也能发生动态再结晶1~”，使传统的理论受到挑战 A!一Mg合金是研究者感兴趣的材料，但对镁元素加人产生的影响看法不同.一些学者认 为，镁降低铝合金的层错能，甚至可降低到与动态再结晶材料铜一个数量级8，；另一些研究 者否认Al-Mg合金可发生动态再结晶u,,本工作的目的是利用偏振光金相显微镜、透射 电子显微镜和动态再结晶图研究镁元素对铝合金热形变动态复原过程的影响，说明镁元素的 作用. 1试验材料与方法 试验所用3种Al-Mg合金(A1-2Mg,AI-6Mg和A19Mg合金)是自行制备的，化学成分 见表1. 表1A-Mg合金的化学成分（质量分数） % 合金 Mg Fe Si Mn Cu Zn Al Al-2Mg 1.95 0.1 0.1 02 0.007 0.04 其余 Al-6Mg 5.92 0.3 0.2 0.3 0.009 0.02 其余 Al-9Mg 9.00 0.1 0.1 0.3 0.006 0.05 其余 合金采用2种形变方式：在300~520℃下以0.006~1.825s-1形变速率进行热扭转；在 415℃，0.05s-1下热挤压.热扭转的真应变为5.5，热挤压的真应变为1.88，形变后立即水冷. 采用偏振光金相显微镜可清晰地观察到合金热形变后的显微组织；在CM120透射电子 显微镜下观察其位错亚组织. 1996-10-15收稿 第一作者男33岁副研究员博士

第 1 , 卷 第 1期 1 9 9 7年 2月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n i v e r s i yt o f S e i e n e e a n d T e e h n o l o gy B e ij in g V 0 1 . 1 9 N 0 . 1 F e b 。 1 9 9 7 M g 含量 对 A I 一 M g 合金动态再结 晶 的影 响 林 均 品 北京科技大学新 金属 材 料国 家重 点实验室 , 北京 10 0 0 83 摘要 利用 偏振光金相和 透射 电子 显微镜研究 了 lA 一 2% M g , lA 一 6% M g 和 lA 一 9% M g 合金 热形变过程 中的动态再结晶行为 . 结果表 明: lA 一 2% M g 和 lA 一 6% M g 合金的动态再结晶是在 一 定的 z 参数范围 内发生 的 , 而 lA 一 9 % M g 合金的动态再结晶行 为与低层错能材料相似 . M g 含 量增加促进 了 该合金 动态再结晶 的发生 , 原因 是 M g 原子气 团阻碍位错的交滑移 , 使动态回 复难以 发生 . 关键 词 lA 一 M g 合金 , 动态再 结晶 , z 参数 中图分类号 T G 1 1 , 7 一般 认为 , 铝及 铝 合金 层错 能 较 高 , 位 错 易进 行 交滑 移 , 属于 动态 回 复 型合金 . 近年 来 国 内外 许 多 学 者 发 现 , 铝 及 铝 合 金 也 能 发 生 动 态 再 结 晶 l[ 一 ’ ] , 使传 统 的 理 论 受 到 挑 战 . lA 一 M g 合 金是 研 究 者 感 兴 趣 的 材料 , 但 对 镁元 素加 人 产 生 的 影 响看 法 不 同 一些 学 者 认 为 , 镁 降低 铝合金 的层 错能 , 甚至 可 降低 到 与动 态再 结 晶材料 铜一 个数量级 8[, ;0] 另 一 些研 究 者 否 认 A I一 M g 合 金 可发生 动态 再结 晶 l[ ,0 川 . 本工 作 的 目的是利 用偏 振 光金 相显 微镜 、 透射 电子显 微镜 和动态 再结 晶图研 究镁 元 素对铝合金 热形 变动 态复 原过程 的影 响 , 说 明镁元素的 作 用 . 1 试验材料与方法 试验 所 用 3 种 lA 一 M g 合 金 (A 卜ZM g , A I 一 6 M g 和 A I 一 g M g 合 金 ) 是 自行 制备 的 , 化学 成 分 见表 1 . 表 I A 卜M g合金的化学成分(质 t 分数) 合金 M g 0 . 0 0 7 0 . 0 0 9 0 . 0 0 6 Z l 0 . 0 4 0 0 2 0 . 0 5 其余 其余 其余 自, ù,、, … o0 目n . .1 `, : 自 八曰U 1 O 飞ù 1. 00 ó . `J2 ,n nU 9 nU : ó , .1 ù I àn, A I 一 ZM g A I 一 6M g A I 一 g M g 合金采 用 2 种形变 方式 : 在 30 0 一 52 0 ℃ 下 以 0 .0 06 一 1 . 8 2 5 5 一 ` 形 变速 率进行 热扭 转 ; 在 4 巧 ℃ , .0 0 5 5 一 ’ 下热 挤压 . 热扭 转 的真应 变 为 5 . 5 , 热挤 压 的真 应变 为 1 . 8 , 形 变后 立 即水冷 . 采 用偏 振光 金 相显 微镜 可 清 晰地 观 察到 合金 热形 变 后 的显微 组织 ; 在 C M 120 透射 电子 显微镜 下观 察其位 错 亚组织 . 19 9 6 一 10 一 15 收稿 第一 作者 男 3 岁 副研究 员 博 士 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1997. 01. 009

·48* 北京科技大学学报 1997年第1期 2试验结果及讨论 2,1镁含量对铝一镁合金动态再结晶图的影响 热形变储存能是用Zener一Hollomon参数来表征，即： Z=E exp(O/RT) 其中，e为形变速率，T为形变温度，Q为形变过程的表观激活能，R为气体常数，Z的物理意义 是用温度修正了的形变速率，Z越大，形变储存能就越高. 图1为铝一镁合金热扭转动态再结晶图.可以看出，3种合金都发生了动态再结晶， (a) 550 550 (b) 500 500 450 450 400 0 400 350 35d 300 0 30G 0 103 102 10 100 10 103 10 10 10 10 Els E/s (c) 450 图1AMg合金的热扭转动态再结晶图 400 0 0 0 ·完全动态再结晶 350 0部分动态再结晶 。动态回复 300 (a)Al-2Mg;(b)Al-6Mg;(c)Al-9Mg 103 102 10 10° 10 Els A-2Mg和Al-6Mg合金的动态再结晶是在一定的Z参数范围内发生的，Z参数过大或过小只 发生动态回复，这与低层错能材料的动态再结晶图不同，例如铜，当Z参数降低有利于动态再 结晶的发生，不会出现左上角的动态回复区，A1-9Mg合金的动态再结晶图上不存在着低Z参 数的动态回复区，这与低层错能材料的相似.从图1还可以看出，随着镁含量的增加，完全动 态再结晶区增大，而且发生动态再结晶的温度向低温推移，这表明镁含量的增加促进了动态 再结晶的进行. 2.2镁含量对显微组织的影响 图2为铝一镁合金热挤后的金相组织.可以看出，A-2Mg合金为形变组织，只发生动态 回复，但仍可发现晶界有凸出现象，这说明晶界发生局部迁移，凸出部分有可能形成动态再结

北 京 科 技 大 学 学 报 1 9 9 7年 第 1期 2 . 1 试验结 果 及讨论 镁 含量 对铝一镁 合金 动态再结 晶 图的影 响 热形 变储存 能是 用 Z e n e r 一 H o ll o m o n 参数 来表 征 , 即: Z = “ e x p ( Q / R l) 其 中 , 。 为形 变 速率 , T 为形 变温 度 , Q 为形 变过 程 的表观 激 活能 , R 为气体 常数 , Z 的物理 意义 是用 温度 修正 了 的形 变 速率 . 2 越 大 , 形 变储 存 能就 越高 . 图 l 为 铝 一镁 合 金 热 扭 转 动 态 再 结 晶 图 . 可 以 看 出 , 3 种 合 金 都 发 生 了 动 态 再 结 晶 . 0 ǎU ǎ1 ùnM 1 0 尸、ú 0` 一ǔ 0 11 ù 0 叹é ` 甘 4 ù,、j 尸卜\ ( a ) . n“八U o ”n 气 0 à八曰é叹O `JO 亡尸J 、ù 44 ùà,、, g\卜 1 0 一 3 10 0 10 1 10 · 3 1 0 一 2 1 0 一 1 10 0 10 1 若/ s 一 l 0S 1 .1了/ . ￡ ó, ó 0 11 ( e ) 一 . … 一 0 0 0 0 方/ 丁刃 二 l 图1 A I 一 M g 合金的热扭转动态再结 晶图 . 完全动态再结晶 0 部分动态再结晶 0 动态回 复 ( a ) A I 一 Z M g ; (b ) A I石 M g ; ( e ) A I 一 g M g 0 ù、 é“n亡J 4 O 门ú气、 尸队\ 1 0 · 3 1 0 一 2 1 0 ` 1 1 0 0 1 0 若/ s 一 l lA 一 ZM g 和 A l 一 6 M g 合金 的动 态再结 晶是 在 一定 的 z 参 数 范围 内发 生的 , z 参数 过大 或过小 只 发生动 态 回 复 , 这 与低 层错 能材 料 的动态再 结 晶 图不 同 , 例 如铜 , 当 Z 参数 降低 有利 于动 态再 结 晶的 发生 , 不 会 出现 左 上角 的动 态 回复 区 . AI 一 g M g 合 金的 动态 再结 晶 图上不存 在着 低 z 参 数 的 动态 回复 区 , 这 与低 层 错 能材 料 的相 似 . 从 图 1 还 可 以 看 出 , 随 着镁 含量 的增 加 , 完 全 动 态再 结 晶 区增 大 , 而 且 发生 动态 再结 晶 的温 度 向低 温 推 移 , 这 表 明镁 含 量 的增加 促进 了动态 再 结 晶的进 行 . .2 2 镁含最 对显微组 织的 影响 图 2 为铝一镁 合 金热 挤 后 的金 相组 织 . 可 以 看 出 , lA 一 ZM g 合 金 为形 变 组织 , 只发 生 动态 回复 , 但 仍可 发现 晶界 有凸 出现象 , 这说 明晶界 发 生局部 迁 移 , 凸 出部分 有 可能形成 动态 再结

Vol.19 No.I 林均品：Mg含盖对A-Mg合金动态再结晶的影响 。49· 晶核心（图1(a)).当镁含置为6%时，A-2Mg合金发生完全动态再结晶.A-9Mg合金也发 生了完全动态再结晶，而且晶粒尺寸比A-6Mg小（图2b,c).图3为铝-镁合金以450℃， 0.006s~1下热形变后的组织.从中可看出3种合金都发生了完全动态再结晶，晶粒尺寸随镁 含量的增加而碱小.令人惊奇地是A9Mg合金的动态再结晶晶粒非常细小，大约7μm. 200m 200μm 200μ口 图2Mg含量对Al-Mg合金415℃，0.05s-1热挤压组织的影响(a)A1-2Mg;b)A1-6Mg:C)A1-9Mg) 100um 100m 100Hm 图3A!-Mg合金450℃，0.006s下热扭转至应变5.5时形成的显微组织 (a)Al-2Mg:(b)Al-6Mg:(c)Al-9Mg 23镁元掌在铝一镤合金热形变动态复原过程的作用 对铝一镁合金的透射电镜观察中未发现有层错的存在，表明镁并没有显著地降低层错 能.铝镁原子半径的相对差为一3.4%，这使作为置换固溶体的铅镁合金晶格产生了较严重 的崎变，这种崎变与位错产生强烈的交互作用，在位错附近有大量的镁原子偏聚，形成镁原子 气团).镁原子气团阻止位错的交滑移，抑制了动态回复过程，从而促进该合金的动态再结 晶.当镁含量增到9%时，镁原子气团对位错的钉扎作用更加明显，这时在较低的倍数显微镜 下位错呈直线分布，并具有一定的方向性（图4(）：在较高的放大倍数下观察可发现，直线型 位错也是局部弯曲的（图4(b).采用透射电镜弱束技术可观察到应变诱发B'相析出.从相图

·50· 北京科技大学学报 1997年第1期 上看，450℃下合金处于过饱和区，不应有相析出，可能是大应变促使镁原子气团转变为β 相，B相对位错有阻碍作用，使位错局部变弯（图4（©）). A9Mg合金动态再结晶晶粒尺寸很细小，其原因是：(I)铝一镁合金中镁含量升高时，镁 原子气团与位错的交互作用增大，位错不易运动，热形变时储存能升高，动态再结晶形核率增 加，晶粒变细小；(2)A9Mg合金热形变过程中应变诱发B相析出，钉扎晶界，使晶界的可动 性下降，晶粒不易长大， I um 0.5um 0,1hm 图4A-9Mg合盒450℃下热形变后的姐织 ()和o)分则为低倍和高倍显撤幢下的限片：()湿射电镜下照片 3结论 (1)当镜含量较低时，铝一镁合金动态再结晶是在一定的Z参数范围内发生的.镁含量上 升为9%时，其动态再结晶行为与低层错能材料相似， (②)镜含量的增加促进该合金的动态再结晶，主要原因是镁原子气团钉扎位销抑制了位 错的交滑移 (3)A9Mg合金动态再结晶晶粒尺寸很细小的原因主婴是应变诱发B'相析出，钉扎晶 界，晶粒不易长大 参与文献 1 Yamagata H.Scripta Metall,1992,27:727 2 Yamagata H.Scripta Mctall,1992,27:1157 3 McQueen H J,Evangelista E,Bowles J,Crawford G.Met Sci,1984.18:395 4 Sheppard T,Tutcher M G.Met Sci,1980,12:579 5 Sheppard T,Parson N C,Zaidi M A.Met Sci,1983,17:481 6 Lin J.An X.Lei T.Scripta Metall,1992.26:1869 7 Gardner K J,Grimes R.Met Sci,1979,3:216

Vol.19 No.I 林均品：Mg含量对Al-Mg合金动态再结品的影响 ·51· 8 Tensi H,Dropman P.Z Metalkd,1970,61:518 9 Truszkowski W,Pawlowski A,Dutkiewicz P.Bull Acad Pol Sci Ser Tech,1971,19:55 10 Tutcher M G.The Restoration Mechanism of Al-2Mg Alloy:[Ph.D thesis].University of London, 1979 11 Zaidi M A.The Restoration Mechanism of Al-3Mg alloy:[Ph.D thesis].University of london,1979 12 Horie S,Nakamura T,Fukuzawa Y.Metals,1984,34:78 Effect of Mg Content on Dynamic Recrystallization Behaviours of Al-Mg Alloys Lin Junpin State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials,UST Beijing.Beijing 100083,China ABSTRACT Dynamic recrystallization behaviours of Al-Mg alloys during hot deforma- tion are investigated by means of polarized light microscopy and electron microscopy. The results show that dynamic recrystallization takes place in a certain range of parameter Z in Al-2Mg and Al-6Mg alloys and dynamic recrystallization behaviour of Al-9Mg alloy is similar to those materials having a lower stacking fault energy.Dynamic recrystalliza- tion is accelerated by increasing Mg content,which results from that Mg atmospheres impede cross slip of dislocation,so that dynamic recovery is difficult to cccur. KEY WORDS Al-Mg alloy,dynamic recrystallization,Z parameter

V o l . 19 N O . l 林均 品: M g 含量对A I 一 M g合 金动态再结 晶的影响 8 T e n s i H , D r o P m an P . 2 M e at 让d , 1 9 7 0 , 6 1 : 5 18 9 T ur s kz o w s ik W , P aw l o w s ik A , D u kt i e w i e z P . B u l l A e ad P o l S e i S e r T e e h , 1 9 7 1 , 1 9 : 5 5 1 0 T u ct h e r M G . T h e R e s t o art i o n M e e h an i s m o f A I 一 Z M g A ll o y : [ Ph . D ht e s i s ] . U in v e rs i ty o f L o dn o n , 19 7 9 1 1 Z a i d i M A . T h e R e s ot r a ti o n M e e h an i s m o f A I 一 3 M g a ll o y : [ P h . D ht e s i s l . U in v e sr i yt o f l o n do n , 1 9 7 9 1 2 H o ir e S , N ak a 刃n u r a T , F uk u az w a Y . M e at l s , 19 8 4 , 3 4 : 7 8 E fe e t o f M g C o n t e n t o n D y n a m i e R e e yr s t a lli z at i o n B e h a v i o u r s o f A I 一 M g A ll o y s L in uJ nP in S at e K e y L a b o art o yr fo r A d v an e e d M e at l s an d M a et ir ia s , U S T B e ij in g , B e ij in g l 0() 0 8 3 , C h i n a A B S T R A C T D yn am i e r e c ry s at lli z iat o n b e h a v i o urs o f A I 一 M g a ll o y s d un g h o t d e of rm a - it o n ar e in v e s t i g a te d b y m e an s o f P o l iar z e d li g h t m i e or s e o Py an d e l e c otr n m i e r o s e o P y . T h e re s u lt s s h o w ht at d y n am i e r e e ry s at lli z at i o n t a k e s P lac e in a e e art in r an g e o f P arm e t e r 2 in A I 一 ZM g an d A I 一 6 M g a ll o y s an d d y n a m i e re e ry s at lli z at i o n b e h a v i o ur o f A I 一 g M g a ll o y 1 5 5而il ar ot ht o s e m at e ir a l s h a v in g a l o w e r s at e k in g af u l t e n e gr y . D yn am i e r e e ry s at lli z a - it o n 1 5 a e e e l e r a t e d b y in e re a s i n g M g e o n t e n t , w h i e h r e s u lst fr o m ht at M g a t m o s Ph e er s l m P e d e e r o s s s liP o f d i s l o e a t i o n , 5 0 ht at d y n am i e er e o v e yr 1 5 d iif e u lt t o e e e ur . K E Y W O R D S A I 一 M g a ll o y , d y n a m i e r e e yr s at lli z at i o n , 2 P ar m e t e r