含梯度组织的GW83镁合金塑性变形行为研究

发布时间：2020-03-22 16:48

【摘要】：镁合金的强韧性偏低限制了镁合金的工业化应用。近20年来,针对镁合金塑韧性的改善展开了广泛而深入的研究并取得了较大的进展,通过合金化、织构优化、晶粒细化等手段使镁合金的静态力学性能得到大幅度提高。但是因为镁合金密排六方的晶体结构,晶间各向异性明显,镁合金的微观组织均匀性对晶间变形行为以及后续断裂都具有重要的影响。研究晶粒大小、晶粒分布梯度与镁合金变形行为的相关性具有重要的意义。本课题通过控制搅拌摩擦加工及退火工艺,制备了织构类型相似、晶粒大小及分布不同的Mg-8%Gd-3%Y(wt.%)(GW83)镁合金样品。通过原位扫描电镜(SEM)技术、原位背散射电子衍射(EBSD)技术并结合数字图像相关(DIC)技术,研究含梯度组织结构的多晶体GW83镁合金的塑性变形行为,重点关注镁合金晶粒大小、分布与晶间变形协调及宏观变形行为的相关性,主要结论如下:通过控制搅拌摩擦加工及退火工艺,获得了两种粗、细晶组织,晶粒度分别为8μm和80μm;以及不同比例的梯度分布组织,分别为:包含粗晶层-细晶层双层结构的样品,细晶分数为85.91%;包含粗晶层-细晶层双层结构的样品,细晶分数为81.97%;包含细晶层-粗晶层-细晶层三层结构的样品,细晶分数为80.75%。镁合金粗、细晶组织的织构类型相似,计算表明,其对应于基面a滑移、柱面a滑移及锥面c+a滑移的Schmid因子值相近,合金都以基面滑移为主要的变形模式。晶粒细化后,晶间取向差略微减小。进一步研究含不同组织的镁合金的力学性能,结果显示:8μm级别的细晶GW83镁合金的延伸率为28%,而80μm级别的粗晶GW83镁合金的延伸率为14.6%,表明晶粒细化明显提高GW83镁合金的延伸率。另外,不同梯度结构对于镁合金力学性能也有重要的影响,对于含梯度组织的GW83镁合金,具有较宽过渡区的梯度材料延伸率达到23.7%,而过渡区较窄的梯度材料延伸率只有16.01%,表明细晶层-粗晶层的过渡区越宽,合金的延伸率更高。对比双层梯度组织及三层梯度组织的GW83合金的力学性能,结果显示细晶层-粗晶层-细晶层的三层结构镁合金样品具有26.89%的延伸率;而细晶层-粗晶层双层结构镁合金样品只具有23.7%的延伸率。结果表明:细晶层-粗晶层区域交错弥散分布的梯度结构更有利于GW83镁合金延伸率的提高。通过原位SEM、原位EBSD技术并结合DIC表征,讨论了GW83镁合金中梯度组织结构与晶内变形模式、晶间滑移传递与最终变形行为的相关性。在单向加载条件下,原位SEM、原位EBSD分析数据表明,粗细晶组织的晶间变形行为差异主要体现在晶间滑移传递。相同的变形量下,在细晶组织区域,有69.5%的晶粒间观察到了滑移传递;而粗晶区域中滑移传递的比例只有40%。DIC表征也同时表明,同一样品中,细晶区能协调更大的局部应变,比粗晶区高34.1%。粗晶区中可观察到局部的应变集中,而细晶区变形更加均匀。由于粗细晶组织对于的Schmid因子值接近,晶内变形模式类似,滑移传递的差异性主要来源于晶粒间的位向关系。通过计算晶间变形协调因子m'的值表明,发生滑移传递的晶粒对所对应滑移系的变形协调因子均大于0.5。而细晶粒区域的晶间位向关系对应了更高的m'值,所以细晶粒区有更高比例的晶间滑移传递,细晶粒区能够协调更大的局部应变。所以对于具有三层结构的合金样品,位于变形区两侧的细晶区,变形协调性更加优异,能延缓微裂纹的产生及扩展,从而进一步提高材料的延伸率。
【图文】：

轴比,切应力,轴角,材料

图 1-1 密排六方材料孪生切应力与轴比间的关系[29]Curve of Twinning shear vs. axial ratio of several Hexagonal close pac 反映了不同孪生的孪生惯习面、旋转轴及旋转角[25]。轴角位向关系。相应地，利用轴角对也可以标定出材料中发生表 1-2 镁合金中孪生类的孪生惯习面及轴角对[25]inning plane, rotation angle and axis of different twinning types in ma型孪生面旋转角晶 {10-12} 86° 生 {10-11} 56° {10-13} 64° 生 {10-11}-{10-12} 38° {10-13}-{10-12} 22° 形协调机制

纯镁,极图,因子,孪晶

是具有密排六方结构的镁合金，室温变形条件下可开程度上取决于晶体的取向，有很强的方向依赖性。对的镁合金，已经无法有效利用 Schmid 定律对滑移或孪[40]通过研究强织构的纯镁（织构强度为 31.171 倍随机0 镁合金（织构强度为 17.777 倍于随机织构）变形过id 因子后发现：对于强织构的纯镁多晶体，，材料中的。材料变形过程中更加类似于单晶体的变形模式。而弱分布较为弥散，单个晶粒的变形极大的受到周围晶粒影镁合金变形过程中开动拉伸孪生晶粒的 Schmid 因子与出，强织构的纯镁产生拉伸孪生的体积分数与该晶粒的相关的关系。晶粒 Schmid 因子越大，孪生开动的比例镁合金孪生开动的体积分数与晶粒的 Schmid 因子未见织构的多晶体晶粒变形过程中，极大的受到周围晶粒用和变形协调能力，在很大程度上影响了材料整体的塑
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.22

【参考文献】