铸态AZ31B镁合金热变形开裂行为及准则研究

发布时间：2020-06-07 09:32

【摘要】：近年来,作为一种性能优越、潜力巨大的轻合金材料,镁合金在汽车工业、航空航天、医学、体育用品、电子产品等行业中得到了广泛的应用,而且其诸如质轻、比强度比刚度高、良好阻尼性、较好的吸收振动能力、防屏蔽电磁干扰等性能得到很好地体现。但是塑性变形过程中出现的断裂现象已经成为限制其发展的一个重要因素。不论是通过压铸还是轧制等生产的镁合金产品,都不可避免有表面开裂或边部裂纹等问题,而且变形条件越苛刻,这种现象越明显。因此,为更好理解镁合金热变形开裂行为及机制,预测合金热变形裂纹萌生,本文以铸态AZ31B镁合金为研究对象,通过采用Gleeble热模拟压缩试验、有限元模拟和高速摄影技术相结合的方法,系统研究了镁合金热变形开裂行为及开裂机理,建立了考虑温度和应变速率的镁合金热变形开裂准则。具体内容如下:通过AZ31B镁合金热压缩的流动应力-应变曲线,分析了该合金流变行为,建立了不同热变形条件下的本构模型,采用动态材料模型绘制了合金的热加工图,分析了合金流变失稳现象。基于合金热变形后试样,通过高速摄影、金相、断口以及EDS等技术手段,揭示了合金热变形主要呈现45°剪切开裂,详细可分为单向45°、交叉45°、平行45°和混合45°剪切开裂等形式,而且组织中存在的析出物对AZ31B镁合金热压缩变形开裂造成了影响。通过高速摄影技术对合金热压缩过程的记录和分析,准确地捕捉到了合金试样表面开裂的位置,精确测定了材料热压缩的临界开裂变形量,发现其值随变形温度的升高和应变速率的降低而增大,呈现很好的规律性。采用Deform-3D有限元软件,对合金热变形过程的应力应变、损伤演变等进行了不同断裂准则的数值模拟。结果发现,Frudenthal准则能够较好的表征AZ31B镁合金热压缩变形的开裂行为,成功预测成形过程的初始开裂点,由此建立了考虑应力应变、应变速率、变形温度等热变形参数的热变形开裂准则。
【图文】：

滑移,柱面,滑移系,镁合金

应力引起的破坏原子间键合力形成的穿晶断裂现象称为解理断裂；而滑移面分离而形成的滑移面分离断裂头通常称为剪切断裂。合金塑性变形机制移变形镁合金为密排六方结构（HCP），其晶格常数a 为0.3209nm，c为06236 ，与理论计算值1.633 十分接近。合金塑性变形一般由位错运动来定于其晶体结构。金属间滑移只出现在滑移面上，并沿一定的滑移方滑移系，而每个滑移系表示晶体滑移的一个可能的空间取向。因此，影响的情况下，晶体内部的滑移系越多，其滑移运动所进行的空间取位错越不容易在晶体内部产生积塞，形成应力集中，这样合金的塑性虑到滑移面种类的不同，一般镁合金中滑移大多可分为基面滑移、棱；而考虑变形进行过程中位错的不同，又可将滑移分为a 位错滑移、a 位错滑移，如图 1.1 所示。

轴比,镁合金,孪晶

图 1.2 镁合金孪生切变与轴比 c/a 的关系[17]2 Variation of twinning shear with the axial ratio of magnesium all合金塑性变形产生裂纹的一个原因是由孪生改变晶粒取中，，研究者[18]通过多次试验也发现裂纹在孪晶与孪晶相孪生和断裂的实质是释放集中的应力，就从裂纹形核此，在某些特定的情况下，合金的塑性变形时不形成孪究概述裂是金属塑性成形加工过程中常见的失效形式之一，通限的外力而导致分开的情况，是限制着材料在各行业内是轧制等生产的高质量产品，都不可避免有表面开裂和越苛刻，断裂现象越明显[20,21]。对于体积成型的金属而性断裂来表征，因此，不同成型工艺下金属材料的韧性而言，金属材料在受到外力作用时，其合金原子之间的
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.22

【参考文献】