所示為鋼零件用不同方法冷擠壓後各部分硬度變化的情況。
(4)光塑性法
目前研究塑性變形體內應力分布情況的主要方法是光學分析法。它利用偏振光(或稱偏極光)透過各向同性的變形試樣以產生各種彩色的線條,借以觀察試樣內應力的分布情況。
光塑性法基本上和實驗應力的光彈性法一樣。不過光塑性所用的材料,除了需符合一般光彈性測量的要求外,還要能適用於塑性變形試驗。這就要求具有好的透明度、光學性能以及在力學性能上的各向同性和易於機械加工,同時要在溫度變化不大時光學性能和力學性能穩定,能有較大的塑性變形。常用的材料有賽璐珞、樹膠、鬆脂酸等。
(5)密柵雲紋法
密柵雲紋法是利用已製好的高精度的密柵板,用照相拷貝等方法翻印在膠片上製成密柵片,將此膠片粘貼在試樣上作為試件柵,另外翻印在玻璃片上作為基準柵。
雲紋試驗也可以在金屬材料上進行(用化學腐蝕或光柵在材料上刻出雲紋),也可以用其他材料製作模型進行試驗,然後再按相似理論推算出實物上的應力與應變。
9.2.4鎂合金擠壓製品的組織與性能
9.2.4.1鎂合金擠壓製品的組織
(1) 擠壓過程中的組織演化
在鎂合金擠壓過程中,其動態變形過程大致分為三個區域:初始區、變形區和穩態區,分別對應著不同的組織。
翟秋亞等人對AZ31鎂合金擠壓棒材的研究表明,在初始區棒材仍保持鑄態組織,由粗大的α-Mg樹枝晶和α-Mg+Mg17Al12共晶體組成,枝晶形態十分發達,晶粒尺寸為112~400μm;在變形區和近穩態區存在大量無序流線,流線彎曲度大、方向不定且長短不一,這種組織特征是在擠壓力作用下破碎的樹枝晶晶臂發生滑移、轉動的結果;在穩態區的縱斷麵,沿擠壓方向分布的剪切條紋平行流線清晰可見,在平行流線上分布著大量細小的等軸晶粒。可見,材料在擠壓過程中發生了動態再結晶,平行流線可能是變形纖維在再結晶組織中的再現。晶粒間幾乎看不到α-Mg+Mg17Al12共晶組織,這是因為經過大的擠壓變形後,鑄態組織中的共晶體發生破碎而離散分布於固溶體中。
(2)擠壓製品組織的不均勻性
鎂合金擠壓製品的組織主要包括合金的相組成以及晶粒的形狀、大小與均勻性。同其他熱加工方法相比,擠壓製品的組織在斷麵和長度上都很不均勻。一般擠壓製品的前端晶粒粗大,尾端晶粒細小;而在斷麵上則是中心晶粒粗大,外層晶粒細小。
擠壓製品組織不均勻性主要是由變形不均勻引起的。通常情況下,在擠壓過程中,變形溫度由製品的中心向外層、由頭部向尾部逐漸增加。擠壓溫度和速度的變化也會引起組織的不均勻。在鎂合金擠壓加工中,由於擠壓速度一般不高,錠坯在擠壓筒內停留時間較長。金屬在變形區內和出模孔後可以進行較充分的再結晶,故晶粒較大。錠坯後端未能進行充分的再結晶,故晶粒細小。一般情況,鎂合金擠壓製品得到的是纖維狀組織。
翟秋亞等人對AZ31鎂合金擠壓棒材的研究表明,在橫斷麵和斜截麵上,周邊組織比中心區組織略顯細小和致密些,在中心區域存在年輪狀或花瓣狀流線條紋。相應地,縱向擠壓組織中也存在晶粒大小和剪切條紋分布不均勻現象,邊緣區比軸線附近的條紋更加細密,晶粒顯得更為細小。這主要與擠壓棒材周邊變形量較大,中心變形量較小,晶粒細化程度不同有關。
周海濤等人對AZ31鎂合金“T”型擠壓材的研究表明,“T”型薄壁處的晶粒細小,隨著壁厚的增加,晶粒尺寸的增大,這時壁厚不同,變形程度不同。根據動態再結晶原理,由於薄壁處變形尺寸較大,因此晶粒較細小。
(3)擠壓製品的粗大晶粒組織
鎂合金擠壓製品的組織不均勻性還表現在擠壓或隨後的熱處理過程中,其外層出現粗大晶粒組織,通常稱之為“粗晶環”。影響粗晶環的因素有:擠壓溫度、錠坯均勻化、合金元素及變形應力等。對於MB15鎂合金,擠壓溫度越高則粗晶環越厚。在生產中,可根據不同的合金成分采取相應的措施,以減少或消除粗晶環。
王忠堂等人對AZ31鎂合金棒材擠壓的研究表明,隨著擠壓比增大,晶粒沿縱向明顯被拉長,橫向尺寸略微減小,但晶粒細化效果並不顯著。
(4)影響鎂合金擠壓製品組織的因素
在擠壓過程中,影響鎂合金擠壓製品組織的因素眾多,包括錠坯狀態、製品形狀、擠壓溫度,擠壓比、擠壓速度以及均勻化處理等。
Murai等人對AZ31B鎂合金擠壓棒材的研究表明,鑄態直接擠壓的鎂合金擠壓棒表層晶粒比中心的細小,再結晶晶粒的取向並未與擠壓方向保持一定的方向性。擠壓前,其晶粒尺寸約70μm;擠壓後,擠壓棒表層晶粒得到細化,而心部部分晶粒仍保持其初始形狀,部分則沿擠壓方向被拉長。當擠壓比達到10時,擠壓棒心部也發生了動態再結晶,並且隨著擠壓比的增大,其表層晶粒進一步得到細化。當擠壓比達到100時,心部晶粒也得到了細化。