镁合金微裂纹扩展行为的原位观察

发布时间：2020-08-11 13:06

【摘要】：随着科学技术的进步,航空航天设备在使用性能方面正朝着长寿命,大尺寸,高负载能力和轻量化的方向高速发展。镁合金比强度、比刚度高,阻尼减振性能优异、电磁屏蔽性好,航空航天设备的某些构件正逐步使用高性能镁合金代替铁、铝等其他传统材料。传统方法中研究镁合金塑性变形及断裂行为主要是通过对变形镁合金材料进行热模拟压缩、室温拉伸等实验来进行,实验过程中材料微观结构的变化却难以看到,缺乏塑性变形和断裂行为的直接证据。采用原位加载技术可实时跟踪材料表面的微观组织变化及损伤破坏过程,从而深入理解材料塑性变形及开裂损伤的原因,为评估和改善材料宏观及微观特性提供最直接证据。本文选用AZ31镁合金、Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr变形稀土镁合金为研究对象,通过DSC分析、金相微观组织观察、Image-pro Plus软件分析等方法进行微观表征;通过硬度检测仪测试了镁合金的力学性能;通过扫描电镜-原位加载的实验方法研究分析了退火态AZ31镁合金、固溶态稀土镁合金的裂纹萌生、扩展行为。具体结论为:(1)退火态AZ31镁合金变形过程中,已开动滑移系的晶粒会对未开动滑移系的晶粒产生一种作用力,变形晶粒表面的滑移线到达晶界处引起晶界处应力集中,微裂纹在晶界处产生,并按照微裂纹-大裂纹-晶间裂纹的方式扩展。(2)经过不同的固溶处理工艺后,Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr稀土镁合金中的第二相还是会有残留,并以块状相为主。第二相受固溶温度的影响较固溶时间更加明显。(3)当固溶处理工艺为480℃×10h、510℃×10h时,Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr稀土镁合金基体表面残留有大量块状LPSO相,块状LPSO相的弹性模量远高于基体的弹性模量,拉伸过程中基体的应力会逐渐转移到块状LPSO相上,从而使块状LPSO相上出现应力集中导致裂纹的产生。(4)当固溶处理工艺为510℃×13h、510℃×16h时,Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr稀土镁合金中的块状LPSO相发生了结构的转变,对位错滑移的阻力增强,LPSO/α-Mg界面发生应力集中从而产生裂纹。(5)当固溶处理工艺为510℃×19h、510℃×22h时,加热时间的增加导致了Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr稀土镁合金中的晶粒长大,使得稀土镁合金塑性变形过程中的位错滑移距离增加,位错塞积能太高,对晶界的作用力太大致使晶界处出现裂纹。(6)固溶处理工艺为510℃×16h时,Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr稀土镁合金产生第一条裂纹时的应力和断裂强度达到最大,且裂纹缺陷最少。因此,510℃×16h是Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr稀土镁合金最佳固溶处理工艺。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TG146.22;V252.2
【图文】：

DSC分析曲线

（3）原位拉伸操作镁合金拉伸试样发生屈服前夹具位移每隔 0.5mm 抓拍一次图片，屈服后每mm 抓拍一次图片。拉伸过程中，只要发现裂纹出现，随时停止加载并记录此时力与应变。

经过塑性变形的稀土镁合金基体表面存在大量第二相，大部。由于金相显微镜分辨率低，有些第二相的形态和种类也无法准确看到合金变形态 SEM 组织，从图中看出，基体表面主要有四种形状的第白色点状相、灰色块状相、接近基体颜色的层片状相和少量的白色方a b

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本文编号：2789105