AZ31鎂合金動態(tài)塑性變形后的形變孿晶及力學(xué)性能的研究.pdf

1、本論文以密排六方結(jié)構(gòu)（HCP）且具有很強(qiáng)基面織構(gòu)的商用AZ31熱軋鎂合金板材為研究對象，變形方式選用具有高應(yīng)變速率特點(diǎn)的動態(tài)塑性變形（DPD）。從我們的研究目的出發(fā)，設(shè)計出DPD方向與板材的軋制方向（RD）平行的變形方式，以引入較高密度的{10-12}孿晶組織。然后對具有孿晶片層組織的AZ31鎂合金進(jìn)行力學(xué)性能測試，目的是了解由于孿晶介入引起的組織結(jié)構(gòu)變化對材料力學(xué)性能的影響。同時，設(shè)計了四類不同初始取向的樣品，取其壓縮方向分別與板材的

2、法向（ND）成0o、30o、60o、90o，進(jìn)行DPD。利用電子背散射衍射（EBSD）技術(shù)手段定量表征了變形前后樣品的微觀組織及織構(gòu)演變規(guī)律，詳細(xì)分析了初始取向及變形條件對AZ31鎂合金孿生行為的影響，深入研究了不同的微觀組織結(jié)構(gòu)對材料的屈服行為、塑性以及加工硬化行為的影響，從而制定出理想的加工工藝，以改善鎂合金的力學(xué)性能。
　　對動態(tài)塑性變形后AZ31鎂合金樣品內(nèi)部形成的{10-12}孿生片層組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量分析。然后利用取向差

3、法對晶粒中實(shí)際產(chǎn)生的{10-12}孿生變體進(jìn)行類型判定，并計算其Schmid因子，研究結(jié)果表明：
　　{10-12}孿生機(jī)制主導(dǎo)著鎂合金塑性變形的初級階段（ε<~8％）。在這一階段，片層厚度從5.55μm減小到2.49μm，隨著應(yīng)變量的增加，發(fā)生了明顯地減小。這種片層結(jié)構(gòu)尺寸的演變與{10-12}孿晶在變形中的形核及生長機(jī)制密切相關(guān)；在高應(yīng)變速率過程中的{10-12}孿生行為與準(zhǔn)靜態(tài)壓縮過程中的相符，都遵循著 Schmid因子法則

4、，即具有最大Schmid因子的{10-12}孿生變體優(yōu)先形核。同時發(fā)現(xiàn)晶粒能否形核不同的{10-12}孿生變體很大程度上受其應(yīng)力加載方式的影響。當(dāng)平行于晶格基面的壓縮載荷與晶格a軸的夾角成0°或30°時，不同的{10-12}孿生變體有可能被激活在同一晶粒中。而具有大的Schmid因子的變體優(yōu)先形核，導(dǎo)致它的形核數(shù)量多，孿生體積分?jǐn)?shù)大，所以這種變體對塑性應(yīng)變的貢獻(xiàn)也很大，協(xié)調(diào)了幾乎90%的孿生應(yīng)變。
　　對動態(tài)塑性變形下退火前后不同

5、應(yīng)變量的AZ31鎂合金樣品進(jìn)行沿DPD方向和垂直于DPD方向（即平行于初始橫向(TD)）的拉伸試驗(yàn)(分別簡化命名為0°和90°拉伸)，分析孿生片層結(jié)構(gòu)對鎂合金力學(xué)性能的影響，研究不同的孿生強(qiáng)化機(jī)制在改善力學(xué)性能方面的作用。研究結(jié)果表明：
　　對于未退火的形變鎂合金來說，不管是0°拉伸還是90°拉伸，由于預(yù)變形導(dǎo)致的加工硬化原因，其屈服強(qiáng)度都隨著預(yù)變形量的增加有所升高。在90°拉伸中，當(dāng)孿晶片層密度較高、片層結(jié)構(gòu)比較緊實(shí)時，材料的塑

6、性得到極大的改善，這說明孿晶結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化能夠同時改善材料的強(qiáng)度和塑性；在退火去應(yīng)力后的預(yù)變形樣品的0°拉伸過程中，退孿生行為明顯地改善了 AZ31鎂合金的最大流變應(yīng)力，而且隨著{10-12}孿晶體積分?jǐn)?shù)的增加，屈服強(qiáng)度以及最大流變應(yīng)力均有明顯地提高。退孿生引起織構(gòu)的改變，使得軟取向轉(zhuǎn)變成硬取向，從而達(dá)到了織構(gòu)強(qiáng)化的作用，而起這種強(qiáng)化的量級與孿生織構(gòu)的強(qiáng)度有關(guān)。退火去應(yīng)力后的預(yù)變形材料在90°拉伸過程中，{10-12}孿晶片層結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化作用

7、導(dǎo)致屈服強(qiáng)度有略微地增加，而最大流變應(yīng)力幾乎沒有變化。這說明{10-12}孿晶片層分割導(dǎo)致的晶?！凹?xì)化”對AZ31鎂合金的力學(xué)性能的影響并不明顯。
　　對0o、30o、60o、90o四種鎂合金樣品動態(tài)塑性變形后的微觀組織進(jìn)行研究，并對{10-12}孿生行為進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：
　　0°樣品主要依靠非基面滑移來協(xié)調(diào)塑性變形；而對于30°和60°樣品來說，雖然宏觀織構(gòu)是不利于{10-12}孿晶形核，但變形后仍有少量的{10-

8、12}孿晶被激活。在60°樣品中，一部分晶粒的{10-12}孿生活動是遵循Schmid因子法則，它們的取向主要分布在偏離理想基面織構(gòu)的10°～40°的范圍內(nèi)；而孿生活動不遵循Schmid因子法則的晶粒的取向主要分布在偏離理想基面織構(gòu)的30°～50°的范圍內(nèi)，理論上這種取向已經(jīng)不利于{10-12}孿晶的激活；在30°樣品中，仍有少量偏離90°取向較大的晶粒形核{(lán)10-12}孿晶，這些激活的孿晶變體與60°樣品中類似取向晶粒形核的孿晶一樣，