鎂合金變形組織、織構(gòu)的演變規(guī)律及其力學(xué)行為研究.pdf

1、鎂合金作為現(xiàn)代一種新型輕質(zhì)金屬結(jié)構(gòu)材料，在汽車制造、通訊、航空及航天等工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。由于鎂合金晶體結(jié)構(gòu)的密排六方(HCP)結(jié)構(gòu)，具有強烈的各向異性，織構(gòu)對其力學(xué)行為具有非常大的影響。因此，本文以鎂合金的工業(yè)應(yīng)用為背景，研究了在熱擠壓、等通道擠壓（ECAE）過程中，AZ31鎂合金的組織、織構(gòu)變化規(guī)律及快速沖擊動態(tài)力學(xué)行為；研究了稀土元素對鎂合金組織、織構(gòu)演變的影響規(guī)律以及Mg-Y和Mg-Er二元合金的準靜態(tài)與動態(tài)力學(xué)行為；詳

2、細分析了晶體取向、應(yīng)變速率、臨界剪切應(yīng)力值及 Schmid因子等因素對合金變形機制與力學(xué)行為的影響。
　　在不同變形條件下，對具有基面織構(gòu)的熱擠壓AZ31鎂合金板材進行ECAE處理，結(jié)果表明，隨著擠壓變形量和擠壓溫度的增加，晶粒細化效果愈加明顯，而擠壓速度的變化對晶粒大小幾乎沒有影響；累積擠壓變形量和擠壓速度的增加導(dǎo)致晶粒的基面織構(gòu)取向逐漸集中和增強，而擠壓溫度則相反；基于滑移系之間位錯反應(yīng)機制解釋了粗大晶粒的細化過程。
　

3、　對熱擠壓態(tài)AZ31鎂合金板材進行250℃/2.5h退火后，分別沿ND、ED和TD三個方向進行動態(tài)沖擊壓縮變形，合金表現(xiàn)出明顯的動態(tài)力學(xué)性能的各向異性，在不同方向上沖擊的動態(tài)力學(xué)行為不同。其中沿ND方向沖擊時流變應(yīng)力值最大，而沿TD方向能獲得最大的動態(tài)應(yīng)變量；隨應(yīng)變速率的增加，這種各向異性現(xiàn)象更加顯著。分析表明，不同方向沖擊過程中變形機制有很大差異，這是導(dǎo)致這種各向異性的原因。沿不同方向進行快速沖擊時，AZ31鎂合金表現(xiàn)出不同的應(yīng)變速率

4、敏感性，其中，當沿TD方向沖擊時，AZ31鎂合金表現(xiàn)出負的應(yīng)變速率敏感性，并且在合金塑性變形初期出現(xiàn)明顯的動態(tài)軟化現(xiàn)象；而沿 ND方向沖擊時，AZ31鎂合金表現(xiàn)出正的應(yīng)變速率敏感性。應(yīng)變速率敏感性與合金樣品中晶粒的初始取向以及沖擊變形過程中位錯與拉伸孿生變形機制的主導(dǎo)作用的變化相關(guān)，即，晶粒取向越有利于拉伸孿生的開動，沖擊變形后組織中的拉伸孿晶數(shù)量就越多，則合金動態(tài)軟化現(xiàn)象就越明顯，負的應(yīng)變速率敏感性現(xiàn)象也越顯著。沿ED和TD方向進行快

5、速沖擊時，對于大多數(shù)晶粒而言，雖然基面滑移不能開動，但具有較小CRSS值的拉伸孿生具有較大的Schmid因子，能更順利啟動，協(xié)調(diào)試樣沿軸向的塑性變形，因此具有較低的屈服應(yīng)力。拉伸孿生變形后，由于取向的轉(zhuǎn)動，孿晶后的新晶?？梢园村F面滑移和壓縮孿生的方式繼續(xù)變形，具有較好的塑性變形能力，表現(xiàn)出局部甚至大部分的韌性斷裂模式；而沿ND方向沖擊時，基面滑移很難啟動，而拉伸孿生的啟動也困難，試樣塑性變形主要依賴于具有較高CRSS的錐面滑移和壓縮孿生

6、，因此，具有較高的屈服應(yīng)力，合金主要表現(xiàn)為脆性斷裂模式。
　　稀土元素 Y和Er的添加對鎂熱擠壓過程中的動態(tài)再結(jié)晶有顯著的抑制作用，并且使得{0001}//ED織構(gòu)增強。經(jīng)再結(jié)晶退火后，可以獲得均勻等軸組織，并且合金中的織構(gòu)隨著Y、Er含量的增加逐漸由{0001}//ED織構(gòu)組分向稀土織構(gòu)（RE-texture）轉(zhuǎn)變。
　　稀土Y、Er元素的加入對鎂的力學(xué)行為與力學(xué)性能產(chǎn)生巨大影響。經(jīng)再結(jié)晶退火后的具有相近尺寸等軸晶的Mg-

7、Y、Mg-ER合金，隨著稀土元素的增加，其屈服強度降低，塑性增加，其中，最大延伸率和斷口收縮率可分別達到29.4％和42.3%，遠高于純鎂。這主要因為 Y、Er元素添加后顯著的影響合金織構(gòu)類型及強度，減小了合金的軸比值，促進基面滑移、拉伸與壓縮孿生、柱面滑移和錐面滑移等多種變形機制的啟動，最終提高合金的塑性。
　　孿生機制對鎂合金的力學(xué)行為與力學(xué)性能有重要影響?；趯︽V合金單向拉伸和壓縮變形過程中拉伸與壓縮孿生 Schmid因子分

8、布的計算，通過分析晶粒取向?qū)ψ冃芜^程中各種孿晶及其變體生成的影響，表明，拉伸孿生可以在一個較大的取向范圍內(nèi)被激活，而壓縮孿生所對應(yīng)的取向范圍則比較狹窄。動態(tài)沖擊試驗和準靜態(tài)拉伸試驗都較好地驗證了這一分析結(jié)果，并且表明，在粗大晶粒中可以同時觀察到壓縮和拉伸兩種孿晶形態(tài)，而細小晶粒中主要發(fā)生拉伸孿晶變形，兩種孿晶周圍基體晶粒的取向非常接近；Schmid因子是判斷初次孿生及其變體的重要依據(jù)，但并不是唯一的判據(jù)，周圍晶粒的應(yīng)變協(xié)調(diào)對孿生及孿晶變