AZ31鎂合金的變形行為及孿生機(jī)理研究.pdf

1、本文對(duì)具有擠壓織構(gòu)和壓縮織構(gòu)的AZ31鎂合會(huì)進(jìn)行了組織性能測(cè)試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明孿生對(duì)AZ31鎂合會(huì)的各向異性及拉壓不對(duì)稱性具有重要的影響。為了深入了解鎂合金孿生變形機(jī)理,本文建立了一套全新的原子模型來描述鎂合金的{1012}孿生、{1011}孿生和{1013)孿生過程中原子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,并在此基礎(chǔ)上提出了3個(gè)用來衡量鎂合金孿生發(fā)生難易的新參數(shù):第一個(gè)是QPAG單元的旋轉(zhuǎn)角度α;第二個(gè)是QPAG單元之問的相對(duì)滑移量λ;第三個(gè)是孿生過程中原子需

2、要克服的原子變形量ε。這三個(gè)參數(shù)中的λ和ε可以作為衡量孿生發(fā)生難易的參數(shù),該參數(shù)越大,孿生越難發(fā)生,這與實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一致的。這兩個(gè)參數(shù)作為衡量孿生發(fā)生難易的參數(shù)不是偶然的,而是具有實(shí)際的物理意義的,因?yàn)檩^大的QPAG單元滑動(dòng)量和原子變形量意味著孿生的激活需要克服更高的應(yīng)力。此外,QPAG原子群模型還可以很好地解釋關(guān)于孿生的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,如孿晶長(zhǎng)大、退孿生以及孿生再結(jié)晶等。根據(jù)這些研究結(jié)果主要得到如下結(jié)論。
　　 ①對(duì)在723K下進(jìn)行5

3、h的均勻化的AZ31鎂合金試樣進(jìn)行不同變形量的室溫壓縮實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)室溫壓縮產(chǎn)生的孿生組織隨著變形量的增加而增加,形態(tài)也發(fā)生變化,孿晶的形狀由最初的直而窄發(fā)展到寬而彎。對(duì)應(yīng)變量0.1的室溫壓縮試樣的EBSD分析表明,變形所獲得孿晶絕大部分為{1012)拉伸孿晶,只有極少量的{1011}壓縮孿晶。對(duì)退火后的室溫壓縮樣進(jìn)行組織觀察發(fā)現(xiàn)在孿晶內(nèi)部部析出了細(xì)小的再結(jié)晶晶粒。
　　 ②首次通過建立QPAG單元模型,揭示了AZ31鎂合金孿生過程

4、中原子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)孿生中原子的運(yùn)動(dòng)可以歸結(jié)為QPAG單元的旋轉(zhuǎn),由于在QPAG單元內(nèi)部不存在孿生阻力,所以可以認(rèn)為孿生的阻力主要來自于QPAG單元之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在{1012}孿生中QPAG單元旋轉(zhuǎn)15.9°,相鄰的QPAG單元在界面處會(huì)發(fā)生0.349a的相對(duì)位移。
　　 ③在{1012}孿生中建立的QPAG模型也適用于描述{1011}孿生中的原子運(yùn)動(dòng),在{1011}孿生中原子的運(yùn)動(dòng)仍然可以歸結(jié)為QPAG單元的旋轉(zhuǎn),但是

5、在{1011}孿生中存在兩種運(yùn)動(dòng)模式不同的QPAG單元:一種只是簡(jiǎn)單地在y-o-z面內(nèi)旋轉(zhuǎn);另一種不僅在y-o-z面內(nèi)旋轉(zhuǎn),還要沿y軸移動(dòng)0.5a的距離。這兩種單元呈現(xiàn)出交替分布的特點(diǎn),他們?cè)趯\生中都旋轉(zhuǎn)14.7°,單元之間相鄰原子的相對(duì)位移量為0.517a。盡管{1011}孿生中的QPAG單元旋轉(zhuǎn)角度小于{1012}的,但由于其第二類QPAG單元的出現(xiàn),致使其原子的運(yùn)動(dòng)復(fù)雜程度大大提高,進(jìn)而導(dǎo)致了單元原子相對(duì)滑移量的增加,這是導(dǎo)致最終

6、{1011}孿生較{1012}孿生難發(fā)生的主要原因。
　　 ④QPAG模型還適用于描述{1013}孿生中的原子運(yùn)動(dòng)。在{1013}孿生中與{1011}孿生相似,也存在兩種交替分布的QPAG單元:一種只是簡(jiǎn)單地在y-o-z面內(nèi)旋轉(zhuǎn);另一種不僅在y-o-z面內(nèi)旋轉(zhuǎn),還有沿旋轉(zhuǎn)軸向平移0.Sa的距離。但不同的是{1013}中的QPAG單元與{1011}中的呈“手性”關(guān)系。這兩種QPAG單元在孿生過程中都只旋轉(zhuǎn)6.3°,但鄰近單元之間原

7、子的相對(duì)位移量為0.539a,高于{1011}孿生的0.517a,這可能是其較{1011}孿生更為少見的主要原因。
　　 ⑤鎂合金孿生中QPAG原子群?jiǎn)卧男D(zhuǎn)具有傳遞性。鎂合金在孿生的過程中,其原子需要克服一定的彈性形變,該原子彈性形變存在一個(gè)孿生臨界值,在形變達(dá)到臨界值之前,撤消應(yīng)力原子回到初始位置,材料不發(fā)生塑性變形;當(dāng)變形超過臨界值時(shí),孿生瞬問發(fā)生。鎂合金基體中的層錯(cuò)原子在孿生后的孿晶區(qū)因無(wú)法到達(dá)正常的格點(diǎn)位置而以混排原

8、子的形式出現(xiàn),這些混排原子處于熱力學(xué)上的高能量狀態(tài),容易成為再結(jié)晶的形核點(diǎn)。
　　 ⑥鎂合金中的孿晶界可以看做是由位向處于基體和孿晶之間的漸變QPAG原子群?jiǎn)卧M成。孿晶界可以通過QPAG單元的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)垂直于其法向的移動(dòng):當(dāng)QPAG單元的旋轉(zhuǎn)使晶界向基體方向運(yùn)動(dòng)時(shí),孿晶長(zhǎng)大;當(dāng)QPAG單元的旋轉(zhuǎn)使晶界向?qū)\晶方向運(yùn)動(dòng)時(shí),發(fā)生退孿晶。鎂合金的基面滑移總是伴隨著晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)和晶界運(yùn)動(dòng)。由于孿晶界的特殊的原子排列使孿晶界滑移和伸縮難以實(shí)現(xiàn),

9、當(dāng)基體和孿晶處于基面滑移的應(yīng)力軟取向時(shí),孿晶界附近將發(fā)生位錯(cuò)積聚,成為斷裂源的增殖區(qū)。
　　 ⑦在{1012}孿生,{1011}孿生和{1013}孿生中,原子需要克服變形量分別為0.024,0.031和0.038。這與AZ31鎂合金室溫壓縮時(shí)所觀察到的產(chǎn)生的孿晶絕大多數(shù)為{1012}孿晶,只有極少數(shù)為{1011}孿晶,而未發(fā)現(xiàn){1013}孿晶的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一致的。這說明影響鎂合金孿生變形難易程度的本質(zhì)因素是孿生過程中原子需要克服的