背壓對(duì)鎂合金等徑角變形的作用.pdf

1、鎂及鎂合金是迄今在工程應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，其優(yōu)異的性能備受關(guān)注，被廣泛的應(yīng)用于航空航天、汽車、電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。但是因其密排六方結(jié)構(gòu)，室溫下可開(kāi)動(dòng)的獨(dú)立滑移系較少，導(dǎo)致鎂合金在室溫下塑性很差。目前許多學(xué)者采用等徑角變形技術(shù)(Equal channel angular pressing，簡(jiǎn)稱ECAP)來(lái)細(xì)化晶粒，提高鎂合金的塑性。雖然通過(guò)ECAP晶粒細(xì)化的方法可以有效地改善鎂合金擠壓棒材的塑性，但是鎂合金擠壓棒材在前幾道次(尤其是初始

2、道次)ECAP變形后強(qiáng)度會(huì)明顯降低，多道次ECAP后有時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)度的有限提高。因此，ECAP同時(shí)提高鎂合金擠壓棒材的強(qiáng)度和塑性比較困難。另外，為了防止ECAP變形過(guò)程中試樣表面開(kāi)裂，目前的大多數(shù)研究中鎂合金的ECAP變形通常在較高的溫度進(jìn)行，而ECAP晶粒細(xì)化希望低的變形溫度，因?yàn)榫Я５募?xì)化程度取決于硬化和變形中晶體缺陷的累積；變形溫度高則回復(fù)快，晶體缺陷消失速度快，不利于晶粒的細(xì)化，甚至還會(huì)出現(xiàn)晶粒長(zhǎng)大現(xiàn)象。因此，ECAP溫度高，則晶

3、粒細(xì)化效果差。
　　 針對(duì)鎂合金ECAP變形存在的問(wèn)題，本文將采用背壓-等徑角變形技術(shù)(Equal channelangular pressing with back pressure，簡(jiǎn)稱BP-ECAP)，來(lái)制備高強(qiáng)度高塑性的鎂合金。在背壓(靜水壓力)的作用下，難變形金屬可以在較低的溫度下發(fā)生塑性變形而不產(chǎn)生裂紋，同時(shí)可以明顯的細(xì)化晶粒，材料的機(jī)械性能也可以顯著提高。
　　 本文從研究方法上可以分為實(shí)驗(yàn)和模擬兩部分。實(shí)

4、驗(yàn)部分包括：熱壓縮實(shí)驗(yàn)用來(lái)獲得一定范圍內(nèi)鎂合金的應(yīng)力—應(yīng)力曲線；ECAP變形用來(lái)研究鎂合金在低變形溫度下的變形與斷裂行為；BP-ECAP變形制備高性能鎂合金；采用金相顯微鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SEM)以及透射電子顯微鏡(TEM)分析ECAP、BP-ECAP變形過(guò)程中的組織演變規(guī)律，探究BP-ECAP變形過(guò)程中鎂合金的變形機(jī)制；采用靜態(tài)拉伸、壓縮設(shè)備測(cè)試ECAP、BP-ECAP變形后鎂合金的力學(xué)性能；采用X射線衍射技術(shù)分析ECAP、

5、BP-ECAP變形過(guò)程中織構(gòu)的演變，分析織構(gòu)對(duì)鎂合金組織與性能的影響。模擬部分包括不同變形條件下鎂合金的ECAP和BP-ECAP變形的過(guò)程模擬，以及鎂合金ECAP變形過(guò)程中裂紋萌生、擴(kuò)展模擬，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，分析背壓(靜水壓力)對(duì)鎂合金ECAP變形塑性變形區(qū)大小，交角間隙，變形均勻性的影響，取得以下主要結(jié)論：
　　 (1)施加背壓促使AZ31鎂合金擠壓棒材ECAP變形后織構(gòu)強(qiáng)點(diǎn)發(fā)生分裂，TEM觀察證實(shí)這是由于〈c+a〉錐面滑移

6、開(kāi)動(dòng)造成的；這為靜水壓力能改變金屬材料的變形機(jī)制提供了直接證據(jù)，為理解靜水壓力下金屬塑性變形本質(zhì)開(kāi)辟了新的窗口；同時(shí)，靜水壓力促進(jìn)〈c+a〉錐面滑移開(kāi)動(dòng)，對(duì)改善鎂合金的塑性變形能力具有十分重要的作用。
　　 (2)與不加背壓的ECAP變形加工相比，AZ31鎂合金擠壓棒材經(jīng)加背壓的ECAP變形加工后，強(qiáng)度和塑性同時(shí)顯著提高；這是由于背壓ECAP更加顯著的晶粒細(xì)化及背壓ECAP帶來(lái)的織構(gòu)分裂降低了織構(gòu)軟化的作用。這解決了鎂合金擠壓棒

7、材ECAP變形后強(qiáng)度降低的問(wèn)題，為鎂合金的變形強(qiáng)韌化提供了一條新的途徑。
　　 (3)通過(guò)建立AZ31鎂合金的本構(gòu)關(guān)系和斷裂判據(jù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)ECAP、背壓ECAP變形過(guò)程的有限元模擬，特別是裂紋的萌生和擴(kuò)展過(guò)程。
　　 (4)通過(guò)實(shí)驗(yàn)和模擬建立了AZ31鎂合金ECAP變形加工窗口。有限元模擬分析證實(shí)了施加背壓可以有效地控制裂紋的擴(kuò)展、仍至裂紋的產(chǎn)生，可以使AZ31鎂合金在較低溫度下進(jìn)行ECAP變形而不出現(xiàn)裂紋，從而擴(kuò)大了A