多织构组分Mg-3Al-1Zn合金的力学行为与变形机制研究

发布时间：2020-10-18 11:24

　　 本文选用具有强织构的AZ31合金热轧板材和挤压棒材为研究对象,制备了多种含有双织构组分的样品,综合利用EBSD、XRD和滑移迹线分析手段,对塑性及热处理过程中微观组织、变形机制和织构演化等进行系统表征与分析,本文定量研究了双织构组分中软取向含量与力学性能之间的定量关系及双织构样品的变形机制、双织构样品与单一织构样品对孪生和滑移的强化作用、双织构样品在退火过程中的微观组织热稳定性和退火强化行为,并结合晶体塑性模拟详细分析了{10(?)2}拉伸孪晶应变路径的依赖性与晶体塑性模拟模型之间的关系。研究结果表明:⑴通过对软取向晶粒和硬取向晶粒以不同比例分布时其力学曲线特征、应变硬化特征以及其变形机制分析表明,变形初期试样中产生少量软取向会显著降低屈服强度,软取向晶粒超过一定比例时,即使存在一些硬取向的晶粒对提高强度并没有很大帮助,建立了软硬取向织构组分含量与屈服强度之间的定量关系,发现屈服强度不同程度偏离混合法则现象,在软取向组分所占比例低于50%时,这种偏差逐渐增大,而在高于50%时,这种偏差逐渐减小。相比于单织构,双织构存在时会使变形初期的应变集中在软取向晶粒中,并能激活更多的孪晶变体启动,一些低SF值的孪晶由于应变协调的作用也可能激活。⑵对AZ31轧制板材TD方向压缩不同应变如2.5%、3.8%、5.4%和7.0%,并在250°C下退火3小时,可以制备织构比例有明显区分度的双织构样品。建立了双织构组分体积分数和轧制板材拉压不对称性能之间的定量化关系,当两种织构以恰当的比例分布时可以实现良好的拉压屈服的对称性。⑶不同(0002)分布对屈服强度有很重要的影响。和单一织构组分相比,两种织构组分(0002平行于ND和0002平行于RD)的样品会有更高的压缩屈服强度,但是拉伸屈服强度接近。不同的压缩屈服强度主要来源于界面对{10(?)2}拉伸孪晶不同的阻碍作用。虽然压缩形变时,两种织构状态的启动应力差ΔStress相差无几,但是双织构样品压缩时相邻晶粒的协调因子均值却比较低,提供了更高的界面阻碍作用。⑷挤压镁合金AZ31中双织构组分(0002⊥ED和0002//ED)共存时在300°C或450°C时都表现出良好的热稳定性,且这种热稳定性不受每种织构的体积分数的影响。⑸在有预制孪晶的镁合金板材中发现一种退火强化机制,在200°C、250°C、350°C温度下退火无论0.5小时还是3小时,退火后的预变形样品在沿特定方向压缩后都出现了退火强化现象。退火能消除预变形引入的孪晶,变形中其主要变形方式由启动应力较低退孪生变为基面滑移时引起屈服强度的升高。变形机制的变化是引起强化的主要原因。⑹利用两种晶体塑性模型(EVPSC-PTR和EVPSC-TDT)对比研究{10(?)2}拉伸孪晶对应变路径的依赖性。与PTR模型相比,TDT模型可以很好的拟合应力应变曲线,同时可以很好的预测织构的演变。PTR模型不能同时拟合TD-c和ND-t的力学曲线,但是TDT模型可以。研究发现考虑临界剪切应力(CRSS)在形变过程中潜在的硬化以及其他孪生系对{10(?)2}拉伸孪生的硬化(htt)对更好的拟合拉伸(ND-t)和压缩(TD-c)曲线是很有必要的。
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG146.22
【部分图文】：

图 1.1 金属镁的晶格结构Fig.1.1 The crystal structure of magnesium1.2.2 镁合金的滑移和孪生行为一般来说，在加载应力的作用下，晶体的两个部分会发生相对的移动，并且这种相对移动是沿着一定晶面和晶向进行的，这种行为即为滑移[2]。虽然纯镁及其多数镁合金晶体结构为密排六方结构，但其塑性变形过程与面心立方结构的金属材料类似。滑移是镁合金塑性变形中非常重要的变形机制之一[9-14]。晶体中的滑移一般在原子最密排面和最密排方向上进行，因为这样阻力最小，原子滑动的面称为滑移面，原子滑动的方向称为滑移方向，滑移面和滑移方向构成了滑移系。滑移系越多，塑性变形过程中供采用的空间取向就越多。金属的塑性变形能力就越好。如果滑移系按位错滑动方向分类，就如上面说到的 a 位错滑移、c 位错滑移、c+a 位错滑移。而如果按滑移面分类，可以分为基面滑移、柱面滑移和锥面滑移，如图 1.2 所示。Groves 和 Kelly 已经分析过密排六方金属中独立的滑移系，其结果

移系：(a) 基面<a>位错滑移；(b) 柱面<a>位错滑移滑移；(d) 锥面<c+a>位错滑移magnesium alloys: (a) basal slip of <a> dislocation, (b) pramidal slip of <a> dislocation, (d) pyramidal slip of <c+表 1.1 镁合金室温下可能的滑移系[19, 20].1 Possible slip systems for Mg alloys at room temperatBurges 矢量/滑移方向滑移系总的滑移系 }}a,<112__0>a,<112__0>a,<112__0>c+a,<1123>3366应力(CRSS)，室温下，单晶镁基面滑移激活

了滑移外在镁合金塑性变形中扮演重要角色的一种用下晶体的一部分相对于另一部分沿一定的晶面（生切变的过程[2]。和滑移相比，孪生引起晶体取向引起晶体取向连续改变。这也就是为什么滑移主导角度晶界，而孪生主导变形时通常不会产生大量的孪晶形成的方式分类，可以分为三种不同类型的孪孪晶(又称机械孪晶)。退火孪晶是指材料在退火过成的孪晶，关于这种孪晶报道的比较少。相变孪晶。形变孪生是指材料在机械应力作用下，部分晶格性形变，导致滑移部分与未滑移部分的晶格间形成变孪晶体[25]。孪生作为镁合金中一种非常重要的形在于：1）帮助调节晶粒取向从而再激发更多新的滑向的应变，一定程度上弥补滑移不能完成 c 轴方向集中释放，钝化裂纹形核，阻碍裂纹的扩展。
【参考文献】

相关期刊论文 前6条

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2 刘天模;袁晗琦;彭天成;刘建忠;;变形条件对AZ31镁合金冷压缩过程中孪生的影响[J];重庆大学学报;2010年10期

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4 王尧;周照耀;潘健怡;刘亮;吴苑标;;基于ALE有限元法的铝型材挤压成形的数值模拟[J];锻压技术;2010年01期

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本文编号：2846234