AZ31B鎂合金動(dòng)態(tài)力學(xué)行為的研究.pdf

1、鎂合金具有密度低、比強(qiáng)度和比剛度高、良好的鑄造性能、較強(qiáng)的電磁屏蔽能力以及易于再生利用等一系列獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為“21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿颓巴镜牟牧稀薄Ｆ浣Y(jié)構(gòu)件在汽車、飛機(jī)、計(jì)算機(jī)、通訊等領(lǐng)域獲得了日益廣泛的應(yīng)用。由于具有良好的延展率和較高的強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，AZ31B變形鎂合金是目前應(yīng)用最廣泛的擠壓變形鎂合金。在鎂合金的應(yīng)用中，沖擊與循環(huán)等動(dòng)態(tài)載荷的作用不可避免，因此對(duì)變形鎂合金的動(dòng)態(tài)力學(xué)行為與組織結(jié)構(gòu)之間關(guān)系的研究，對(duì)變形鎂合金結(jié)構(gòu)件的安全

2、設(shè)計(jì)及合理使用具有重要的指導(dǎo)意義。
　　本文主要針對(duì)AZ31B變形鎂合金擠壓棒材的動(dòng)態(tài)拉伸、快速?zèng)_擊和低周疲勞行為進(jìn)行了研究，探討了不同載荷條件下的塑性變形機(jī)制以及織構(gòu)對(duì)變形機(jī)制和動(dòng)態(tài)力學(xué)行為的影響。研究結(jié)果表明，具有{0001}//ED織構(gòu)的樣品（軸向樣品）在普通拉伸條件下，其真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線呈現(xiàn)下凹形，而具有拉伸軸沿<0001>-<11-20>和<0001>-<10-10>織構(gòu)分布的樣品（徑向樣品），其真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線為直

3、線形;而在動(dòng)態(tài)拉伸條件下，大量{10-12｝拉伸孿生的開動(dòng)導(dǎo)致了真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線中平臺(tái)的出現(xiàn)，并且隨著孿生數(shù)量的增加平臺(tái)寬度也增大，軸向樣品曲線平臺(tái)出現(xiàn)在屈服前，而徑向樣品曲線平臺(tái)出現(xiàn)在屈服后。由于{10-12}拉伸孿生、{10-11}壓縮孿生、基面滑移、柱面滑移、錐面滑移的CRSS的不同，導(dǎo)致其參與變形的程度和所起作用的不同，Schmid因子對(duì)各種變形機(jī)制啟動(dòng)起重要作用，這是具有不同織構(gòu)樣品在動(dòng)態(tài)拉伸過程中產(chǎn)生不同力學(xué)行為的主要原因

4、;在超快速拉伸條件下，軸向樣品的屈服強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度、總應(yīng)變量均隨著應(yīng)變速率的增加而增加。應(yīng)變速率越大，樣品發(fā)生脆性斷裂的傾向性也越大。在快速?zèng)_擊載荷下，軸向樣品和徑向樣品的屈服強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度、總應(yīng)變量均隨著應(yīng)變率的增加而增加，并且對(duì)應(yīng){10-12}拉伸孿生的數(shù)量也增加。
　　對(duì)軸向樣品進(jìn)行大應(yīng)變幅循環(huán)變形，發(fā)現(xiàn)在拉-拉循環(huán)變形中拉伸階段的最大應(yīng)力值隨著循環(huán)周次的增加而減小，而壓縮過程中的最大應(yīng)力值隨著循環(huán)周次的增加而增加;在壓-壓

5、大應(yīng)變幅循環(huán)變形過程中，拉伸階段和壓縮階段中的最大應(yīng)力值均隨循環(huán)周次的增加而增加。拉-拉大應(yīng)變幅循環(huán)變形中，真應(yīng)力-真應(yīng)變滯回曲線在卸載和反向拉伸階段出現(xiàn)三個(gè)拐點(diǎn)，而壓-壓大應(yīng)變幅下真應(yīng)力-真應(yīng)變滯回曲線在卸載和反向壓縮階段只有一個(gè)拐點(diǎn)。兩種變形方式均在壓縮過程發(fā)生{10-12｝孿生和反向拉伸過程發(fā)生去孿生行為，包申格效應(yīng)對(duì)去孿生行為具有較大影響。
　　對(duì)AZ31B鎂合金低周疲勞研究結(jié)果表明，在壓-壓非對(duì)稱低應(yīng)變幅疲勞條件下，在1

6、.0％應(yīng)變幅以下條件時(shí)，軸向樣品呈現(xiàn)出一種連續(xù)的循環(huán)硬化特性，并且硬化率隨著應(yīng)變幅的增加而增大;而在1.0％應(yīng)變幅條件下，應(yīng)力幅隨循環(huán)周次基本保持不變。在拉伸形變階段的循環(huán)硬化導(dǎo)致了材料疲勞性能的不對(duì)稱性，并且這種不對(duì)稱性隨著應(yīng)變幅的增加而增加。疲勞過程中壓縮和拉伸階段不同的塑性變形機(jī)制是滯回曲線不對(duì)稱的主要原因。在低應(yīng)變幅下，位錯(cuò)滑移為主要塑性變形機(jī)制，是循環(huán)硬化的主要原因;而在較高應(yīng)變幅下，孿生-去孿生為主要變形機(jī)制，是1.0％應(yīng)變

7、幅下應(yīng)力基本不變的主要原因。在拉-拉非對(duì)稱低應(yīng)變幅應(yīng)變疲勞條件下，原始擠壓退火樣品（原始軸向樣品）除了0.3％應(yīng)變幅外，在其它應(yīng)變幅下的整個(gè)疲勞過程中均發(fā)生了弱循環(huán)硬化行為;而擠壓比為RE=6.25的二次擠壓樣品（具有較弱的{0001}//ED織構(gòu)的樣品）在0.3％應(yīng)變幅和0.5％應(yīng)變幅下，在疲勞初期均呈現(xiàn)出循環(huán)軟化，然后應(yīng)力幅隨著循環(huán)周次的增加基本不變;隨著應(yīng)變幅的增加，應(yīng)力幅在整個(gè)疲勞過程中基本恒定。同一應(yīng)變幅下，二次擠壓樣品的應(yīng)力

8、幅大于原始軸向樣品的應(yīng)力幅。原始軸向樣品的滯回曲線在0.5％應(yīng)變幅下開始呈現(xiàn)非對(duì)稱性，而二次擠壓樣品的滯回曲線在0.7％應(yīng)變幅開始為非對(duì)稱性;且隨著應(yīng)變幅的增加，非對(duì)稱性越來越明顯。同一應(yīng)變幅下，由于具有較強(qiáng)的織構(gòu)，原始軸向樣品滯回曲線的不對(duì)稱性強(qiáng)于二次擠壓樣品。在拉-壓對(duì)稱低應(yīng)變幅疲勞條件下，軸向樣品從0.35％應(yīng)變幅到0.75％應(yīng)變幅呈現(xiàn)出明顯的循環(huán)硬化現(xiàn)象;而在0.25％應(yīng)變幅下，隨著循環(huán)周次的增加，應(yīng)力幅先增加而后基本保持不變。