AZ31鎂合金寬應(yīng)變率下各向異性力學(xué)行為及形變機(jī)制研究.pdf

1、鎂合金作為一種輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，在汽車和航空等領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊。然而，室溫環(huán)境中較強(qiáng)的各向異性限制了鎂合金的廣泛應(yīng)用。為克服這一缺點(diǎn)，許多學(xué)者開展了大量宏觀力學(xué)行為和微觀結(jié)構(gòu)演化方面的研究，但微觀結(jié)構(gòu)演化如何影響鎂合金的宏觀力學(xué)行為仍不清楚，缺乏聯(lián)系宏觀與微觀變形的細(xì)觀尺度的測(cè)量。有關(guān)鎂合金各向異性變形的原因眾說紛紜，尚未達(dá)成共識(shí)。本文利用原位實(shí)時(shí)同步輻射X射線相襯成像和衍射多尺度測(cè)量方法研究不同應(yīng)變率加載下鎂合金的各向異性變形。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2、兩種加載方式，加載方向垂直或平行于變形鎂合金的c軸，分別記為L(zhǎng)A⊥和LA‖。在鎂合金變形過程中，實(shí)現(xiàn)宏觀應(yīng)力—應(yīng)變曲線、細(xì)觀應(yīng)變場(chǎng)和微觀衍射圖譜的同時(shí)采集。電子背散射衍射技術(shù)用于回收樣品中的變形孿晶的表征。
　　1、室溫環(huán)境中準(zhǔn)靜態(tài)壓縮加載，應(yīng)變率5×10-4s-1，LA⊥和LA‖樣品的應(yīng)力—應(yīng)變曲線、應(yīng)變場(chǎng)和衍射圖譜演化均呈現(xiàn)明顯的差異。對(duì)于LA⊥樣品，{1012}拉伸孿生主導(dǎo)塑性變形，應(yīng)力梯度通過

3、孿生被迅速釋放并使應(yīng)變場(chǎng)變得均勻化，應(yīng)變局域化程度的降低有效激發(fā)了應(yīng)變硬化率的增加。然而LA‖樣品中的塑性變形主要依賴位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，位錯(cuò)在缺陷處形核并纏結(jié)引起應(yīng)變集中，細(xì)觀非均勻變形導(dǎo)致應(yīng)變硬化率的降低。
　　2、高溫環(huán)境中準(zhǔn)靜態(tài)壓縮加載，應(yīng)變率10-3s-1，鎂合金的宏觀力學(xué)性能、細(xì)觀應(yīng)變場(chǎng)和微觀晶格變形呈現(xiàn)明顯的各向異性。由于初始織構(gòu)的差異，在室溫和高溫下，{1012}拉伸孿晶主導(dǎo)LA⊥樣品的塑性變形，而位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)則在L

4、A‖樣品中較為盛行。隨著溫度的升高，LA⊥樣品中激發(fā)的{10(1)2}拉伸孿晶的數(shù)量逐漸減少，使得應(yīng)變場(chǎng)的均勻化程度降低;高溫下，LA‖樣品中{11(2)2}錐面滑移較易啟動(dòng)，使得LA‖樣品在高溫下呈現(xiàn)更加均勻的變形。{10(1)2}拉伸孿晶和錐面滑移均能通過協(xié)調(diào)垂直和平行于加載方向的變形使塑性變形變得均勻化。應(yīng)變場(chǎng)不均勻度的差異導(dǎo)致LA⊥和LA‖樣品的應(yīng)變硬化率呈現(xiàn)明顯的差異。<

5、br>　　3、分離式霍普金森壓桿加載，應(yīng)變率約為5.5×103s-1，鎂合金的動(dòng)態(tài)響應(yīng)同準(zhǔn)靜態(tài)加載類似呈現(xiàn)較強(qiáng)的各向異性。{10(1)2}拉伸孿晶使得應(yīng)變場(chǎng)的不均勻度減小，應(yīng)變場(chǎng)局域化程度的減小有效激發(fā)了應(yīng)變硬化率的增加;位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)引起非均勻變形，應(yīng)變場(chǎng)不均勻度的升高導(dǎo)致應(yīng)變硬化率的減小。然而，在塑性變形的初期，動(dòng)態(tài)加載過程中孿生主導(dǎo)塑性變形，而準(zhǔn)靜態(tài)加載下主導(dǎo)塑性變形的則是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，表明加載應(yīng)變率在一定程度上影響著鎂合金的變形模式。

6、r>　　4、平板撞擊加載，應(yīng)變率0.92～1.35×105s-1，LA⊥和LA‖樣品的彈塑性轉(zhuǎn)變呈現(xiàn)明顯的各向異性，但二者的雨貢紐彈性極限基本相同，約為0.32GPa。低速撞擊下LA⊥樣品的層裂強(qiáng)度略高于LA‖樣品，隨著撞擊速度的增加，二者的層裂強(qiáng)度均隨撞擊速度的增加而增加，且差異減小;當(dāng)撞擊速度增加至400m/s時(shí)，LA⊥和LA‖樣品的層裂強(qiáng)度基本一致。LA⊥樣品中形成大量的{10(1)2}拉