擠壓變形Mg-Al和Mg-Zn系鎂合金的力學行為.pdf

1、由于鎂合金在降低產(chǎn)品重量、節(jié)省能源及增強產(chǎn)品可靠性等方面所具有的優(yōu)勢，鎂合金的開發(fā)應用引起了人們的高度重視。近年來，隨著汽車工業(yè)和電子工業(yè)的迅速發(fā)展，大量的鎂合金結(jié)構(gòu)件被生產(chǎn)出來，代替塑料、鋁合金甚至鋼制零件，預計鎂合金將成為本世紀最重要的商用輕質(zhì)金屬結(jié)構(gòu)材料。由于變形鎂合金比鑄造鎂合金具有更高的強度和塑性，因此，變形鎂合金已經(jīng)在鎂質(zhì)材料的未來廣泛應用中呈現(xiàn)出越來越大的潛力。顯然，針對變形鎂合金的組織、結(jié)構(gòu)與性能開展研究不僅可為新型變形

2、鎂合金的開發(fā)奠定理論基礎(chǔ)，也可為變形鎂合金結(jié)構(gòu)件的安全設(shè)計和合理使用提供可靠的理論依據(jù)。為此，本文主要針對不同加工處理狀態(tài)的擠壓變形AM50和AZ91合金的拉伸行為和低周疲勞行為進行了研究，確定了試驗溫度和熱處理對擠壓變形AM50和AZ91合金的拉伸性能和疲勞性能的影響。此外，還針對擠壓變形AZ81合金以及等通道轉(zhuǎn)角擠壓 ZK40合金的超塑性變形行為進行了研究，并探討了試驗溫度對兩種合金的超塑性能的影響以及相應的超塑性變形機制。

3、 拉伸行為研究結(jié)果表明，隨著試驗溫度的升高，不同加工處理狀態(tài)的擠壓變形 AM50和AZ91合金的抗拉強度和屈服強度降低，而斷裂伸長率則不斷增大。經(jīng)固溶處理(T4)的擠壓變形 AM50和AZ91 合金的晶粒發(fā)生了長大，導致力學性能有所下降；若固溶處理后再進行時效處理 (T6)，因為有彌散細小的第二相(Mg<,17>Al<,12>)析出，可起到強化作用，兩種合金的抗拉強度和屈服強度得以提高；熱擠壓后直接進行人工時效處理(T5)，可導致強化相

4、析出，故可有效地提高AM50合金的室溫和高溫拉伸性能以及AZ91合金的室溫拉伸性能。對不同加工處理狀態(tài)的擠壓變形AM50和AZ91合金的拉伸斷口形貌分析顯示，室溫下，合金表現(xiàn)出韌性和脆性混合斷裂特征，而在高溫下，韌窩數(shù)量多且較深，可以確定合金基本發(fā)生韌性斷裂。 低周疲勞行為研究結(jié)果表明，擠壓變形AM50與AZ91鎂合金的循環(huán)應力響應行為與外加總應變幅及其加工處理狀態(tài)密切相關(guān)。在較大的外加總應變幅下，不同加工處理狀態(tài)的擠壓變形鎂合

5、金可表現(xiàn)為循環(huán)應變硬化及循環(huán)穩(wěn)定；而在較低的外加總應變幅下，這些合金在疲勞變形初期常表現(xiàn)為循環(huán)穩(wěn)定，甚至呈現(xiàn)循環(huán)軟化，但是在疲勞變形后期則發(fā)生比較明顯的循環(huán)應變硬化；固溶處理和時效處理均可在一定程度上改變擠壓變形 AM50與AZ91 鎂合金的循環(huán)應力響應行為。對于不同加工處理狀態(tài)的擠壓變形AM50 與 AZ91 鎂合金而言，其彈性應變幅、塑性應變幅與斷裂時的反向循環(huán)周次之間的關(guān)系表現(xiàn)為單斜率線性行為，并分別服從 Basquin 和 Co

6、ffin-Manson 公式。在較高的外加總應變幅下，兩種擠壓變形鎂合金的循環(huán)滯后回線上對應于壓縮變形部分的寬度明顯大于拉伸變形部分的寬度，呈現(xiàn)拉、壓不對稱循環(huán)變形行為。在外加總應變幅為 1.5％時，在不同加工處理狀態(tài)的兩種擠壓變形鎂合金的循環(huán)滯后回線上出現(xiàn)了鋸齒狀屈服現(xiàn)象，說明合金在疲勞變形期間發(fā)生了動態(tài)應變時效。此外，兩種擠壓變形鎂合金的拉伸滯后能與合金的疲勞壽命之間存在線性關(guān)系，據(jù)此可以預測合金的低周疲勞壽命。疲勞斷口形貌分析結(jié)果

7、表明，不同加工處理狀態(tài)的擠壓變形AM50與AZ91合金的疲勞裂紋均以穿晶方式萌生于試樣表面，并以穿晶方式擴展。 超塑性變形行為研究結(jié)果表明，在1×10<'-3>s<'-1>的初始應變速率下，擠壓變形AZ81合金的斷裂伸長率隨著試驗溫度的升高呈單調(diào)增加趨勢，可由200℃時的94％提高至到350℃時的446％；在300℃和350℃下，擠壓變形AZ81合金在中等應變速率(10<'-4>s<'-1>～10<'-2>s<'-1>)范圍內(nèi)的

8、應變速率敏感性指數(shù)m值相對較高，而在較高應變速率(大于10<'-2>s<'-1>)范圍內(nèi)的m值相對較低；擠壓變形AZ81合金的超塑性變形機制是由晶界擴散或晶格擴散協(xié)調(diào)的晶界滑移，且主要受試驗溫度的影響。在1×10<'-3> s<'-1>的初始應變速率下，經(jīng)過1道次和3道次等通道轉(zhuǎn)角擠壓的ZK40合金的斷裂伸長率均隨著溫度的升高呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，且可在250℃時分別達到212％和612％的最大斷裂伸長率，表現(xiàn)出明顯的低溫超塑性；等通