AZ80镁合金固溶条件下Hell-Petch关系研究

　　镁是最轻的结构金属材料之一， 又具有比强度和比刚度高、阻尼性和切削性好、易于回收等优点。国内外将镁合金应用于汽车行业，以减重、节能、降低污染，改善环境[1]。由于镁合金具有密排六方晶体结构，滑移系少，室温塑性变形能力差，在一定程度上制约了高性能镁合金加工材料的开发与应用[2]，因此对于改善镁合金性能方面的研究被国内外学者所关注。

　　塑性变形可以使晶粒细化，细化晶粒一直是改善多晶体材料强度的一种有效手段。为防止晶界处的第二相破裂形成裂纹源，产生裂纹，导致合金的塑性不高[3]，所以采用固溶热处理手段对其进行处理。

　　本文将实验用一定程度上变形的AZ80进行不同固溶处理工艺来改善材料性能，获得不同尺寸均匀细小等轴晶，并对其进行力学拉伸性能测试，分别研究材料的抗拉强度及屈服强度与晶粒尺寸之间的线性关系。

　　1 实验材料及方法

　　实验用AZ80镁合金材料是由中北大学镁基材料深加工技术教育部工程研究中心提供的100mm×15mm×15mm的挤压扁材，其化学成分如表1所示。将试样放入箱式电阻炉中进行不同温度(350、360、390 和42℃)保温不同时间(1和3h)的固溶处理。热处理试样经抛光后在1g草酸+1mL冰醋酸+1mL硝酸+150mL水腐蚀液中腐蚀25～35s，用AxioImageMATA1型数码显微镜观测不同固溶工艺下的晶粒，之后用截点法估算其平均晶粒尺寸。

　　根据GB/T228-2002，将不同状态的扁材车削加工成圆形横截面比例试样(d=10mm，过渡弧半径r≥0.75d，原始标距L0=25mm，平行长度Lc≥L0+d/2)进行拉伸实验。

　　拉伸试验在新三思WDW-E100D微机控制电子万能试验机上进行。采用匀速单向位移拉伸，拉伸速率2.5mm/min。数据通过传感器传输到电脑上，直接读出数据，自动生成图表。

　　2 结果与讨论

　　2.1 晶粒尺寸对材料力学性能的影响

　　根据实验结果得到图1所示不同固溶工艺下的平均晶粒尺寸d; 图2为平均晶粒尺寸对抗拉强度和屈服强度的影响。

　　2.2 AZ80合金霍尔佩奇方程及材料常数的确定

　　根据霍尔佩奇方程即σy=σ0+Kd-1/2可以看出d与σy成线性关系，所以可用实验测得的平均晶粒尺寸d及σb、σy通过最小二乘法估算出线性回归方程的参数K、σ0。式中：σy为材料的屈服极限，是材料发生0.2%变形时的屈服应力σ0.2， 通常可以用显微硬度HV来表示;σ0表示移动单个位错时产生的晶格摩擦阻力;K是一个与材料的种类性质以及晶粒尺寸有关的常数;d为平均晶粒直径。为简便方程表达，将d-1/2表示为x，抗拉强度σb表示为y軇，屈服强度σy表示为y赞，再采用最小二乘法的思想，即使因变量观察值与估计值之间的离差平方和达到最小来求得K和σ0，表示为[4]：