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(chē)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(qiáng)烈的各向異性，織構(gòu)對(duì)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(guò)程中，AZ31鎂合金的組織、織構(gòu)變化規(guī)律及快速?zèng)_擊動(dòng)態(tài)力學(xué)行為；研究了稀土元素對(duì)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(zhǔn)靜態(tài)與動(dòng)態(tài)力學(xué)行為；詳

2、細(xì)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(duì)合金變形機(jī)制與力學(xué)行為的影響。
　　在不同變形條件下，對(duì)具有基面織構(gòu)的熱擠壓AZ31鎂合金板材進(jìn)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(xì)化效果愈加明顯，而擠壓速度的變化對(duì)晶粒大小幾乎沒(méi)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(qiáng)，而擠壓溫度則相反；基于滑移系之間位錯(cuò)反應(yīng)機(jī)制解釋了粗大晶粒的細(xì)化過(guò)程。
　

3、　對(duì)熱擠壓態(tài)AZ31鎂合金板材進(jìn)行250℃/2.5h退火后，分別沿ND、ED和TD三個(gè)方向進(jìn)行動(dòng)態(tài)沖擊壓縮變形，合金表現(xiàn)出明顯的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的各向異性，在不同方向上沖擊的動(dòng)態(tài)力學(xué)行為不同。其中沿ND方向沖擊時(shí)流變應(yīng)力值最大，而沿TD方向能獲得最大的動(dòng)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(guò)程中變形機(jī)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(jìn)行快速?zèng)_擊時(shí)，AZ31鎂合金表現(xiàn)出不同的應(yīng)變速率

4、敏感性，其中，當(dāng)沿TD方向沖擊時(shí)，AZ31鎂合金表現(xiàn)出負(fù)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(dòng)態(tài)軟化現(xiàn)象；而沿 ND方向沖擊時(shí)，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(guò)程中位錯(cuò)與拉伸孿生變形機(jī)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(kāi)動(dòng)，沖擊變形后組織中的拉伸孿晶數(shù)量就越多，則合金動(dòng)態(tài)軟化現(xiàn)象就越明顯，負(fù)的應(yīng)變速率敏感性現(xiàn)象也越顯著。沿ED和TD方向進(jìn)行快

5、速?zèng)_擊時(shí)，對(duì)于大多數(shù)晶粒而言，雖然基面滑移不能開(kāi)動(dòng)，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(dòng)，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(dòng)，孿晶后的新晶粒可以按錐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(shí)，基面滑移很難啟動(dòng)，而拉伸孿生的啟動(dòng)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(duì)鎂熱擠壓過(guò)程中的動(dòng)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(qiáng)。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(duì)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(qiáng)度降低，塑性增加，其中，最大延伸率和斷口收縮率可分別達(dá)到29.4％和42.3%，遠(yuǎn)高于純鎂。這主要因?yàn)?Y、Er元素添加后顯著的影響合金織構(gòu)類(lèi)型及強(qiáng)度，減小了合金的軸比值，促進(jìn)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(jī)制的啟動(dòng)，最終提高合金的塑性。
　　孿生機(jī)制對(duì)鎂合金的力學(xué)行為與力學(xué)性能有重要影響。基于對(duì)鎂合金單向拉伸和壓縮變形過(guò)程中拉伸與壓縮孿生 Schmid因子分

8、布的計(jì)算，通過(guò)分析晶粒取向?qū)ψ冃芜^(guò)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(gè)較大的取向范圍內(nèi)被激活，而壓縮孿生所對(duì)應(yīng)的取向范圍則比較狹窄。動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)和準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗(yàn)都較好地驗(yàn)證了這一分析結(jié)果，并且表明，在粗大晶粒中可以同時(shí)觀察到壓縮和拉伸兩種孿晶形態(tài)，而細(xì)小晶粒中主要發(fā)生拉伸孿晶變形，兩種孿晶周?chē)w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?chē)Я５膽?yīng)變協(xié)調(diào)對(duì)孿生及孿晶變