2024铝合金挤压过程动态再结晶问题的研究.docx

第 23卷　第 1 期　　兵器材料科学与工程　　V o l. 23N o. 12000年　　1 月O RDN A N C E M A T ER IA L SC IEN C E A N D EN G IN E ER IN G　　J an铝合金挤压过程动态X再结晶问题的研究林高用　张胜华胡泽豪　　　　(中南工业大学)(中南林学院)摘　要:通过显微分析,研究了2024铝合金挤压过程中的动态再结晶问题。研究结果表明,该合金在热挤压过程中, 由于剧烈的剪切变形, 使得挤压制品周边金属中储存了大量畸变能, 位错密度提高, 且加剧了第二相粒子的偏聚和形变热效应, 从而在制品边部金属中促使亚动态再结晶的发生; 所产生的不稳定的再结晶组织是挤压制品粗晶环缺陷形成的根本原因。关键词: 2024铝合金;挤压;动态再结晶;粗晶环中图分类号: T G14612+1　　文献标识码: A 　　文章编号: 1004- 244X (2000) 01- 0040- 062024 铝合金是一种典型的高强度结构合金, 其挤压制品广泛应用于各种军用和民用结构件。但该合金挤压制品经淬火之后总是在其周边形成一定深度的粗晶环缺陷, 严重影响产品质量。在对粗晶环形成机理的研究中发现, 挤压过程对粗晶环的形成有明显的影〔1, 2〕响 , 而粗晶环的形成是一个再结晶过程, 但这种再结晶过程到底是如何发生的, 至今仍〔3, 4〕未有统一认识 。一般认为, 铝合金具有较高的层错能, 位错易于交滑移和攀移, 从而在〔5〕热挤压时易于发生动态回复而不易发生动态再结晶 。但也有一些报导表明, 铝合金发生〔6, 7〕动态再结晶是可能的 。本文通过生产实验和显微分析, 对2024 铝合金热挤压过程中的组织变化进行研究, 以便弄清挤压过程与粗晶环形成的本质联系, 为减少和消除粗晶环缺陷提供理论依据。1　实验本文所用实验材料为某厂提供的 2024 铝合金铸棒, 主要工艺实验是挤压。挤压条件 为: 筒温: 410～ 430℃, 锭温: 420～ 460℃; 挤压速度: 015～ 110m?m in, 挤压比,K= 28; 挤压模:§16mm (4 孔平模) , 挤压机: 2500T 卧式挤压机。试样经电解抛光和阳极复模后在POL YV ER2M E T 金相显微镜上观察和照相。在H2800 透射电镜上进行观察和分析。在挤压棒材纵剖面上沿径向从边部至中心每隔 1mm 测试显微硬度, 测试仪器为NM T 23 型显微硬度计, 载荷 50g, 加载时间 15s。2　实验结果及分析将 2024 铝合金铸锭加热后挤压成§16mm 的圆棒材, 并立即淬入室温水中, 取样观 察其显微组织, 如图 1 所示。收稿日期: 1999- 02- 12作者简介: 林高用, 32 岁, 博士生, 中南工业大学材料科学与工程系, 长沙市, 410083第 1 期　　　　　　　　　　林高用等: 2024 铝合金挤压过程动态再结晶问题的研究41　　a- 棒材中心部位b -棒材边部图 1　热挤压棒材快冷组织(OM , 400×)从图 1a 可见, 挤压棒材中心部位的晶粒和金属间化合物及杂质沿变形方向被拉长,金相组织呈纤维态, 是一种回复组织; 而从图 1b 明显可以看到, 棒材边部金属中发生了再结晶形核, 但晶核尚未长大。图 1 所示的组织, 其实是保存了挤压过程的变形状态, 因此,棒材中心部位的组织应是动态回复组织, 边部组织则应为动态再结晶组织。由于棒材出模后被快速冷却, 再结晶晶核没有足够的时间长大, 所以这是一种不完全和不稳定的动态再结晶或亚动态再结晶组织。通常认为, A l 合金由于层错能高, 位错易于攀移和交滑移, 所以在变形过程中只发生动态回复而不发生动态再结晶, 但本实验却在同一个试样上既观察到动态回复组织, 又观察到亚动态再结晶组织。为了解释这一现象, 首先从挤压过程的变形特点进行分析。正向热挤压过程中, 由于变形金属与挤压筒及挤压模之间的摩擦作用, 使得挤压变形极不均匀, 轴心部分金属流动快, 周边金属流动慢, 内外金属流动时便形成很大的流速差,结果形成强烈的切变区, 如图 2 所示。在切变区内, 强烈的剪切变形使得这部分金属畸变能大大提高, 从而聚集了大量的位错, 如图 3 所示。　图 2　挤压切变区形成示意图图 3　棒材边部位错组织(T EM )42兵器材料科学与工程　　　　　　　　　　　　　　　　第 23 卷　　高的位错密度是发生动态再结晶的主要动力。一般情况下, 挤压金属发生再结晶的力〔5〕P 可以表示为:P =G b2(N 1-N 2)其中G — 剪切模量,b— 布氏矢量,N1 — 形变晶体中的位错密度,N2 — 完全退火晶体 中的位错密度。对于铝合金而言, 由于