鎂合金力學(xué)性能 - 論文答辯

AZ31鎂合金動(dòng)態(tài)塑性變形對(duì)拉伸性能的影響

答辯人：魏小龍學(xué)號(hào)：20083934

班級(jí)：09級(jí)材加2班指導(dǎo)老師：張喜燕教授論文題目：課題研究背景：鎂合金是目前工程應(yīng)用中比重最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料;鎂合金3C產(chǎn)品汽車行業(yè)航空航天等國(guó)防軍工通用機(jī)械鎂鋁鋼密度g/cm31.82.77.9比阻尼系數(shù)~60%~2%~10%除了優(yōu)秀的力學(xué)性能外，還具有導(dǎo)熱性好、電磁屏蔽能力強(qiáng)的特點(diǎn)。鎂合金塑性加工中的問(wèn)題：

由于加工成本的原因，現(xiàn)有鎂合金產(chǎn)品中，變形鎂金只占約10%，急需發(fā)展最具市場(chǎng)潛力的低成本擠壓型材和軋制板材。主要問(wèn)題易形變加工開(kāi)裂可承受的變形速率低精整矯直困難成材率低解決途徑鎂合金塑性變形理論體系的基礎(chǔ)研究塑性加工過(guò)程中組織精細(xì)化控制動(dòng)態(tài)塑性變形技術(shù)：

動(dòng)態(tài)塑性變形（DynamicPlasticDeformation，簡(jiǎn)稱DPD）是指材料在很高應(yīng)變速率下發(fā)生的塑性變形，通常這類變形發(fā)生在高速撞擊中。

鎂合金在室溫下的強(qiáng)度較低，塑性也較差，研究DPD對(duì)鎂合金的影響可為鎂合金材料加工提供指導(dǎo)意見(jiàn)和方法，提升鎂的工業(yè)價(jià)值。

本論文著重研究的是AZ31鎂合金在DPD后，其組織結(jié)構(gòu)的變化，以及DPD后鎂合金不同方向上拉伸性能的變化。實(shí)驗(yàn)部分：實(shí)驗(yàn)材料：普通商用AZ31鎂合金熱軋板坯Al:2.95%Zn:0.94%Mn:0.41%Si:0.18%其余為Mg合金成分試驗(yàn)設(shè)備：

InstronDynatup8120落錘沖擊試驗(yàn)機(jī)，

金相顯微鏡，

SHIMADZUAG-X10KN拉伸機(jī)，

X-射線衍射儀，

場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（配有EBSD探頭）實(shí)驗(yàn)具體過(guò)程：NDRDTD1.從所選的AZ31鎂合金板材上沿ND×TD×RD方向切取尺寸為22×30×30/(1-ε)的實(shí)驗(yàn)用試樣；其中單位為mm，ε為DPD變形量2.利用InstronDynatup8120落錘沖擊試驗(yàn)機(jī)沿試樣RD方向?qū)ζ溥M(jìn)行DPD變形，應(yīng)變速率約為500s-1，利用模具控制樣品的應(yīng)變量，分別得到1%、3%、5%和7%的變形樣品；DPDDPD實(shí)驗(yàn)具體過(guò)程：3.將DPD后的樣品進(jìn)行去應(yīng)力退火；

然后在樣品的ND-RD面和ND-TD面

上分別切取切取0°和90°拉伸試樣；拉伸試樣尺寸：

平行段：5.00mm，

寬度：1.26mm，

厚度：手工打磨至

0.40mm4.對(duì)所取DPD變形后的金相試樣進(jìn)行打磨、電化學(xué)拋光和腐蝕

然后對(duì)腐蝕后的試樣進(jìn)行金相

觀察；實(shí)驗(yàn)具體過(guò)程：5.在SHIMADZUAG-X10KN拉伸機(jī)

上對(duì)拉伸試樣進(jìn)行單軸拉伸試驗(yàn)，得到不同DPD變形量和不同角度上的拉伸曲線；6.對(duì)拉伸后的試樣進(jìn)行EBSD觀察，斷

口觀察，記錄拉伸后試樣的組織特征，

對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析討論，得出最終結(jié)

論，撰寫論文。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析一:AZ31鎂合金試樣DPD前的初始組織狀態(tài)：

從圖1(a)中可以看出，變形前試樣晶粒中沒(méi)有孿生，而且晶粒大小也較為均勻，與通常的軋制態(tài)鎂合金一樣，變形前的試樣具有強(qiáng)烈的{0001}基面織構(gòu)。圖1.試樣DPD前EBSD微觀組織圖2.試樣初始組織示意圖二:試樣DPD后組織和力學(xué)性能的變化1.DPD后試樣的孿生情況：從圖中可以看到，隨著應(yīng)變量

的增加，晶粒中出現(xiàn)孿生的現(xiàn)

象也越來(lái)越多，這是因?yàn)樽冃?/p>

量增大,孿生的形核、長(zhǎng)大也增多；7%的孿生體積分?jǐn)?shù)明顯少于5%，這是因?yàn)樽冃瘟砍^(guò)一定

數(shù)值后，原有孿生開(kāi)始互相交

叉生長(zhǎng)和覆蓋；除了產(chǎn)生大量的{10-12}拉伸孿

晶外（紅色線條），還有產(chǎn)生

了少量的壓縮孿晶（紫色線條），

這是因?yàn)槌跏紤B(tài)試樣并不是理想

狀態(tài)的完全基面織構(gòu)。

試樣在不同變形量下的EBSD成像圖

2.DPD后試樣織構(gòu)的變化：

1%、3%、5%、7%變形量下試樣{0001}極圖

從圖中可以看出，隨著變形量的增加，原有的基面織構(gòu)在DPD沖擊載荷作用下，發(fā)生{10-12}拉伸孿生的晶粒也越多，晶粒向RD方向偏轉(zhuǎn)86.3°，最終呈現(xiàn)出晶粒取向趨于平行RD方向。DPDDPDNDRDTD

3.DPD后試樣0°方向拉伸的力學(xué)性能：

DPD后0°拉伸1%、3%、5%、7%變形量下試樣0°拉伸極圖,x軸為ND方向.0°拉伸出現(xiàn)“退孿生”現(xiàn)象，晶粒重新平行于ND方向。即0°拉伸會(huì)使DPD時(shí)發(fā)生{10-12}孿生的那些晶?；謴?fù)原狀。不同變形量0°拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線0°拉伸試樣在經(jīng)歷了一小段彈

性變形后，出現(xiàn)了一大段“上凹

形”曲線，這就是在0°方向進(jìn)

行拉伸時(shí)“退孿生”所引起的現(xiàn)

象。0°拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線：在退孿生結(jié)束之后，試樣的孿

晶強(qiáng)化效果消失，其變形所需

的應(yīng)力也就降低，故曲線呈下

降趨勢(shì);而且隨著DPD變形量的

增加，試樣的屈服強(qiáng)度和延伸

率也增加。4.DPD后試樣90°方向拉伸的力學(xué)性能:DPD后90°拉伸1%、3%、7%變形量下試樣90°拉伸極圖，x軸為ND方向，z軸為RD方向.90°拉伸過(guò)程中，原始的DPD織構(gòu)并沒(méi)有被改變，說(shuō)明90°拉伸中不存在“退孿生”活動(dòng)。90°拉伸垂直于晶粒c軸，會(huì)抑制{10-12}孿生活動(dòng)，而{10-11}壓縮孿生和非基面滑移會(huì)被激活，主導(dǎo)整個(gè)變形過(guò)程。90°拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線：不同變形量90°拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線

隨著DPD變形量的增大，試樣的屈服強(qiáng)度也相應(yīng)的增大，這是因?yàn)榇嬖趝10-12}孿生強(qiáng)化機(jī)制，其在DPD變形過(guò)程中會(huì)形成孿晶界以阻止位錯(cuò)的滑移且孿晶內(nèi)部也會(huì)形成位錯(cuò)糾纏，從而導(dǎo)致了試樣的形變強(qiáng)化效果，引起了屈服強(qiáng)度的增大。90°拉伸曲線不像0°存在“上凹段”，說(shuō)明90°拉伸中不存在“退孿生”活動(dòng)。結(jié)論本文通過(guò)測(cè)定AZ31鎂合金試樣在1%、3%、5%和7%不同應(yīng)變量下，以及與DPD載荷方向呈0°、90°夾角拉伸后的組織結(jié)構(gòu)，來(lái)分析DPD變形對(duì)力學(xué)性能的影響，得出以下幾條結(jié)論：1.隨著DPD變形量的增大，會(huì)引起大量的{10-12}拉伸孿晶形核、長(zhǎng)大，當(dāng)應(yīng)變量大于一定數(shù)值時(shí)，原有的孿晶會(huì)相互交叉、生長(zhǎng)和覆蓋，導(dǎo)致孿晶體積分?jǐn)?shù)的減少；2.在DPD過(guò)程中，隨著變形量的增加，發(fā)生{10-12}孿生晶粒數(shù)目也越多，孿生織構(gòu)越來(lái)越強(qiáng)；結(jié)論3.DPD后試樣進(jìn)行0°