擠壓鎂合金應(yīng)變控制下的循環(huán)變形行為.pdf

1、鎂合金相比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料具有密度低、比強(qiáng)度高、剛度高和可回收性等優(yōu)點，因此廣泛應(yīng)用于交通工業(yè)、汽車和航空航天工業(yè)、3C產(chǎn)品等領(lǐng)域。作為結(jié)構(gòu)材料，鎂合金大多在循環(huán)載荷作用下工作，疲勞是其主要失效形式。而且鎂合金產(chǎn)品主要為鑄造鎂合金，對擠壓變形鎂合金特別是新型高強(qiáng)度變形鎂合金（如ZK60鎂合金等）的研究還處于基礎(chǔ)階段。鎂合金多為密排六方晶體結(jié)構(gòu)，在室溫變形條件下獨(dú)立滑移系少，因而塑性差。又由于孿晶變形存在極性，鎂合金表現(xiàn)出明顯的拉伸與壓縮力學(xué)

2、性能的差異性和不同取向材料性能的差異性。因此，了解鎂合金的變形、疲勞行為及損傷機(jī)理，對其應(yīng)用的可靠性與耐久性具有至關(guān)重要的作用。
　　本文采用擠壓ZK60鎂合金分別進(jìn)行了ED(Extrusion Direction)和TD(TransverseDirection)取向下的單調(diào)變形演化試驗和循環(huán)變形疲勞試驗。通過宏觀與微觀相結(jié)合的方法對鎂合金單調(diào)變形、循環(huán)演化和疲勞行為試驗結(jié)果進(jìn)行了試驗研究。詳細(xì)的研究工作和成果如下:
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3、1)采用ED取向試樣分別單調(diào)壓縮到3％、9％和拉伸到5％應(yīng)變以及試樣斷裂。通過X射線衍射(XRD)、電子背散射衍射(EBSD)和掃描電子顯微鏡(SEM)等測試技術(shù)，分析研究各階段的晶粒取向和孿晶類型等微觀結(jié)構(gòu)的變化。試驗結(jié)果表明，ED取向試樣表現(xiàn)出明顯的拉伸-壓縮變形不對稱，單調(diào)壓縮曲線呈“S”型，單調(diào)拉伸曲線呈凹面向下的形狀。孿生的產(chǎn)生是造成拉伸-壓縮變形不對稱的主要原因。
　　(2)采用TD取向試樣分別壓縮到3％、9％和拉伸到

4、1％、4％、7％、10％應(yīng)變以及試樣斷裂。通過X射線衍射(XRD)和掃描電子顯微鏡(SEM)等測試技術(shù)，分析研究各階段的晶粒取向和孿晶類型等微觀結(jié)構(gòu)的變化。試驗結(jié)果表明，TD取向試樣表現(xiàn)出拉-壓幾乎對稱的現(xiàn)象。微觀測試分析顯示不論是壓縮還是拉伸都不易產(chǎn)生孿生，主導(dǎo)變形機(jī)制均為滑移。
　　(3)通過ED取向試樣在應(yīng)變控制（應(yīng)變比為Rc=-1）下的疲勞試驗獲得應(yīng)力-應(yīng)變曲線和疲勞-壽命曲線等宏觀力學(xué)性能曲線。結(jié)果顯示，疲勞特性隨應(yīng)變幅

5、變化而差異顯著。當(dāng)應(yīng)變幅大于2％時，應(yīng)力-應(yīng)變曲線近似對稱，此時變形機(jī)制為完全孿生-退孿生。當(dāng)應(yīng)變幅處于0.35％-2％之間，應(yīng)力-應(yīng)變曲線則表現(xiàn)出不對稱的特征，這是由于部分孿生-退孿生為主要變形機(jī)制。當(dāng)應(yīng)變幅低于0.35％時，應(yīng)力-應(yīng)變曲線對稱表明，位錯滑移是主導(dǎo)變形機(jī)制且孿生不易開啟。ED取向試樣的疲勞壽命曲線在應(yīng)變幅為3％和0.35％處有明顯拐點，表明在拐點兩端的變形機(jī)制是不同的。
　　(4)通過TD取向試樣在應(yīng)變控制（應(yīng)變

6、比為Rε=-1）下的疲勞試驗獲得應(yīng)力-應(yīng)變曲線和疲勞-壽命曲線等宏觀力學(xué)性能曲線。試驗結(jié)果表明，不同取向試樣的疲勞特性的差異較小，主要的變形機(jī)制不隨應(yīng)變幅變化而改變且始終為位錯滑移。此外，TD取向試樣的疲勞壽命曲線中并沒有發(fā)現(xiàn)有拐點。當(dāng)應(yīng)變幅在0.45％-1％范圍內(nèi)，TD取向試樣的應(yīng)變-壽命曲線與ED取向幾乎完全一致。當(dāng)應(yīng)變幅低于0.45％時，TD取向試樣的疲勞壽命低于ED試樣。
　　(5)用傳統(tǒng)SWT模型，對ED和TD取向的疲勞