织构对镁合金力学性能的作用规律研究(7)
在ECAP过程中主要存在两种类型的织构，基面平行于挤压方向或沿剪切面与挤压方向成一定夹角，如图1.5(2)所示[21]。
图1.5. 镁合金挤压织构和ECAP织构
金属材料的力学性能和各向异性受其织构的影响。Bunge提到，材料的性能20-50%是受织构的影响。具有织构的多晶体镁合金，其力学性能受晶粒的取向和晶粒尺寸及第二相等多方面的影响，力学性能也表现出很大的差异。初始取向对变形机制的影响目前还主要集中在低温变形条件下的影响，在高温阶段，这种影响还缺乏系统的研究，具体变形机制如何开动尚不清楚。Mabuchi[22]等人用常规挤压和等径角挤压（Equal Channel Angular Pressing, ECAP）的方法制备除了具有相同晶粒尺寸的AZ91合金，室温时，二者沿着挤压方向的拉伸屈服强度存在明显的差异，挤压样品强度高于ECAP的样品。对它们进行织构测试结果发现，热挤压的样品形成了典型的基面织构，拉伸时晶粒基面滑移系Schmid因子为0，变形所需的力比较大，而ECAP的样品，则由于变形过程中收到剪切力的影响，使得基面沿着剪切面与挤压方向成45°，晶粒处于软取向而使强度降低。类似的ECAP织构现象在康锋[23]的研究中也出现过。Kim W J[24]等人对AZ61镁合金进行不同道次的ECAP后发现晶粒尺寸随着变形道次的增加而明显的减小，延伸率得到提高，但强度却随之快速降低，这明显与Hall-Petch关系不相符，经过对织构的测试，最终发现了导致这一现象的原因是变形过程中织构的强度的弱化作用超过了晶粒尺寸带来的强化效应。Yoshida[25]等人研究了ECAP过程中镁合金织构的形成机理，初始状态时，大部分晶粒的基面均平行于轴向，基面滑移系的Schmid因子近似为0而不能启动，塑性变形主要依靠柱面滑移和锥面滑移实现，随着变形的发展，晶粒的取向发生了变化，滑移系的Schmid因子也发生了改变，基面滑移系得以开动并成为主要变形机制。
图1.6. AZ61合金ECAP不同道次变形后(0002)和 面极图(a)0-pass
(b) 1p (c) 2p (d) 3p (e) 4p (f) 8p
影响镁合金织构形成及种类的因素主要有合金元素、变形温度、变形速率、外加应力状态以及晶粒尺寸，织构分析是研究镁合金塑性变形机制和动态再结晶新晶粒形核机制的有力手段，近年来，国内外加大了对镁合金织构的研究力度。
1.3.2 晶粒尺寸
晶粒尺寸对镁及镁合金强度的贡献目前已经有较多的研究结果。众所周知，具有细小等轴晶粒组织的合金其力学性能和工艺性能也较佳[26-27]：（1）可以提高力学性能(如强度、塑性等)；（2）可以提高后期工序(如热拉深、轧制、拉伸)的可成形性；（3）在轧制和拉伸过程中减少合金的表面缺陷；（4）缩小有效结晶温度间隔，降低热裂和缩松倾向。
材料的屈服强度与晶粒大小之间存在函数关系，也就是著名的Hall-Petch公式[28]： σs=σ0+Kd-1/2 (1.10)
式中σs为材料的屈服强度，σ0为为单晶体的屈服极限，K为常数，d为晶粒尺寸。K值随泰勒系数的增加而增加，通常泰勒系数取决于滑移系的多少。近来的研究发现，当晶粒细到纳米尺度时，这个关系将不再成立。
通常用Hall-Petch公式来表达强度和晶粒尺寸之间的定量关系。其中k为与晶格类型有关的常数，但是k值对Al和Zn元素的添加并不敏感。表1给出了不同合金成分时k的变化。这些结果与压缩变形是如何联系起来的目前还尚不清楚。大量实验表明，Hall-Petch公式不仅适用于屈服强度，同时也适用于整个流变范围以至断裂强度，不仅适用于宏观的变形，也同样适用于各变形模式的分切应力的变化。