AZ31鎂合金各向異性力學(xué)行為及微觀形變機(jī)制的模擬研究.pdf

1、鎂合金因其縣有高的比剛度比強(qiáng)度、低密度、良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性成為未來(lái)最具應(yīng)用潛力的輕質(zhì)材料之一。然而，制約鎂合金發(fā)展的主要問(wèn)題在于其室溫塑性變形能力差，形變各向異性嚴(yán)重，而從微觀角度分析位錯(cuò)滑移、孿生等機(jī)制對(duì)鎂合金的織構(gòu)演化影響一直是材料學(xué)界研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。本課題通過(guò)單軸拉伸實(shí)驗(yàn)確定材料參數(shù)，建立fortran77語(yǔ)言的可描述鎂合金主要形變系統(tǒng)（位錯(cuò)滑移、孿生）的自洽模型，研究鎂合金的宏細(xì)觀力學(xué)行為以及微觀機(jī)制對(duì)宏觀力學(xué)性能的影響。同時(shí)

2、模擬鎂合金板材在冷軋過(guò)程中的織構(gòu)演化，并討論了微觀形變機(jī)制對(duì)織構(gòu)演化的貢獻(xiàn)。
　　根據(jù)由實(shí)驗(yàn)獲得的AZ31鎂合金熱軋板材的單軸拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線，擬合確定了模型所需的材料參數(shù)，建立fortran77語(yǔ)言的自洽模型。熱軋板材通常具有較強(qiáng)的基面織構(gòu)。結(jié)果表明，該模型能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)鎂合金在不同方向加載時(shí)的單軸拉伸力學(xué)行為，沿不同方向施加載荷時(shí)微觀形變系統(tǒng)的開(kāi)動(dòng)時(shí)機(jī)和貢獻(xiàn)不同是造成宏觀力學(xué)行為各向異性的根本原因。沿RD、TD方向加載時(shí)，位錯(cuò)滑

3、移是主要的形變機(jī)制，基而滑移和柱面滑移是彈塑性轉(zhuǎn)變階段主要開(kāi)動(dòng)的形變系統(tǒng)。形變后期，錐而滑移成為塑性階段的主導(dǎo)機(jī)制。沿ND方向加載時(shí)，孿生則是主要的形變機(jī)制，該方向大多數(shù)晶粒沿C軸受拉，應(yīng)力方向近似垂直于基面，導(dǎo)致基面滑移的schmid因子幾乎為0，難以開(kāi)動(dòng)。在該方向加載時(shí)，材料的宏觀屈服強(qiáng)度明顯小于其他方向。
　　對(duì)材料沿著不同方向加載時(shí)各晶面微觀應(yīng)變的分析表明，在微觀尺度上，鎂合金的晶格應(yīng)變分布也表現(xiàn)出很強(qiáng)的各向異性。在彈性階

4、段，各晶面的晶格應(yīng)變基本保持一致，進(jìn)入塑性階段不同晶面出現(xiàn)了明顯的“軟”、“硬”取向之分。沿RD方向加載時(shí)，當(dāng)應(yīng)力載荷為150～225MPa，(0002)晶面為最軟取向，(1011)為最硬取向;225MPa以后，(0002)變?yōu)樽钣踩∠颍?1011)變?yōu)樽钴浫∠?，這表明隨著載荷增加微觀形變系統(tǒng)相互競(jìng)爭(zhēng)，使得材料內(nèi)部存在晶粒取向相關(guān)的應(yīng)力。
　　通過(guò)調(diào)整微觀系統(tǒng)的材料參數(shù)，考察了各微觀系統(tǒng)對(duì)宏觀力學(xué)行為的貢獻(xiàn)。結(jié)果表明，沿RD方向加

5、載時(shí)基面滑移和柱面滑移的臨界剪切應(yīng)力決定了材料在該方向的宏觀屈服強(qiáng)度。增大基面滑移的開(kāi)動(dòng)難度導(dǎo)致柱面滑移提前開(kāi)動(dòng)，材料彈塑性轉(zhuǎn)變階段的宏觀硬化率降低。增大柱面滑移的開(kāi)動(dòng)難度提高了材料的宏觀硬化率。錐面滑移是形變后期的主要系統(tǒng)，提高該系統(tǒng)的臨界剪切應(yīng)力使得材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線后期塑性部分上移，硬化率提高。
　　自洽模型較為成功地模擬了不同初始取向鎂合金板材的冷軋織構(gòu)演化。具有強(qiáng)基面織構(gòu)的90。取向試樣在冷軋過(guò)程中幾乎不發(fā)生拉伸孿生而以