AZ80镁合金组织调控与低周疲劳性能的研究

发布时间：2018-03-30 06:31

本文选题：镁合金　切入点：深冷处理　出处：《南昌大学》2017年硕士论文

【摘要】：镁合金自身属于一种轻质结构金属材料拥有良好的潜在用途,特别是在汽车工业方面,人们渴望这种轻质金属材料得以应用以达到减重目的以此降低能源消耗减少废气排放。深冷处理作为一种传统热处理的附加过程,低温环境下能够有效改善镁合金显微组织的分布均匀性,晶粒尺寸得以减小,晶体中第二相的体积分数增加,合金的综合力学性能得到一定程度提升。作为一种新颖的塑性变形工艺,表面机械研磨处理(SMAT)能够在镁合金表面合成由表及里的稳定的梯度纳米结构,大幅提升材料的硬度与强度,与此同时SMAT中钢球对表面的撞击也会引入残余压应力。因此,挤压态AZ80变形镁合金选作本课题的实验研究对象,首先分别进行深冷处理和SMAT处理,然后对两种工艺加工后的AZ80镁合金的微观组织演变、硬度与强度变化进行测试,并研究应变控制下的疲劳性能与疲劳断裂行为,阐述低周疲劳的变形机理。本课题利用金相显微镜研究深冷处理之后的AZ80变形镁合金的微观组织尺寸变化以及第二相的数量变化,以及SMAT加工后的AZ80镁合金的表面到中部的组织分布情况;并检测分析深冷处理前后以及SMAT处理前后AZ80镁合金的维氏显微硬度的差异,测试分析了深冷处理对AZ80镁合金的抗拉强度、屈服强度以及延伸率的变化规律,并利用扫描电子显微镜(SEM)观察断口形貌、解释断裂机制。利用扫描电子显微镜分析深冷处理前后物相成分变化以及形貌改变,并通过背散射电子衍射(EBSD)检测分析深冷处理前后晶粒取向的变化以及织构分布状态的变化。通过拉-压疲劳试验机测试深冷处理前后、SMAT处理前后AZ80镁合金在各应变幅下的低周疲劳性能,并分析不同工艺处理对应变控制的低周疲劳性能的影响规律,分析在不同应变幅情况下,变形镁合金AZ80的低周拉-压疲劳的变形机理。原始挤压态AZ80镁合金横截面的平均晶粒大小约为21.66μm,深冷8h后微观组织的平均晶粒尺寸为19.62μm,相比原始组织的晶粒大小降低了9.42%;深冷24h平均晶粒大小降至17.25μm,相比原始晶粒降低了20.36%;深冷48h之后平均晶粒尺寸为17.92μm,相比原始尺寸降低17.27%,与深冷24h晶粒尺寸无明显差异。相比原始挤压态试样,深冷处理一定程度上提升AZ80镁合金的屈服强度与抗拉强度,原始挤压态AZ80镁合金屈服强度为214.23MPa,抗拉强度为296.88MPa,延伸率为4.42%。经深冷处理8h之后,AZ80镁合金屈服强度为225.42,抗拉强度为305.76MPa,延伸率为5.00%;深冷处理24h之后,屈服强度为217.48MPa,抗拉强度为304.14MPa,延伸率为5.31%;深冷处理48h挤压态AZ80镁合金的屈服强度为219.50MPa,抗拉强度为309.19MPa,延伸率为5.61%。并且强度的提升随着深冷时间增加而增加。值得注意的是,AZ80镁合金的延伸率随着深冷时间的延长而增加,相对原始挤压态分别提升了13.12%、20.14%、26.92%,AZ80镁合金的综合力学性能得到一定程度的提升。在低周疲劳的应变幅为0.42%与0.50%时,原始挤压态AZ80镁合金的应力-应变滞回曲线表现为显著的拉-压对称性,深冷处理24h试样的应力-应变滞回曲线类似于原始试样,显现出拉-压对称性,这主要是由于在低应变幅下,疲劳变形的主要方式是位错滑移。而在应变幅为0.60%时,原始AZ80镁合金滞回曲线在载荷第一周就出现了明显的拉-压不对称性,在压缩逆转阶段呈现上凹的“S”形状,疲劳断口附近区域观察到明显的残余孪晶,说明在此过程中孪生-去孪现象出现,疲劳变形的主要方式由孪生变形主导。在应变幅为0.60%时,压缩阶段较大变形导致{10(?)2}10(?)1拉伸孪生的激活,而在压缩逆转结束前,孪生能力并未耗尽,导致压缩逆转呈现向上凹的形状。相比原始挤压态,深冷处理24 h试样在低应变幅下呈现更高的加工硬化速率,应力幅明显高于原始挤压态。在应变为0.50%与0.60%时,二者之间均呈现明显的循环硬化率,但无明显差异。值得注意的是,深冷处理24 h试样在应变0.50%以及0.60%条件下,相比原始挤压态,低周疲劳寿命得到明显提升,这由于深冷处理之后晶粒得到细化导致。SMAT处理2 min后AZ80变形镁合金由表面到芯部产生一个厚度约为130μm的剧烈变形层,并且晶体内有大量的孪晶伴随产生,靠近表层的晶粒大小明显降低,表现出一个梯度结构分布状态。SMAT处理4 min后,AZ80变形镁合金表面到芯部的剧烈变形层厚度约为170μm,孪晶密度相比2 min更大。SMAT处理6 min后,AZ80镁合金的剧烈变形层厚度约为200μm,孪晶密度相比SMAT 4 min进一步增加。SMAT处理AZ80镁合金除了表面到芯部的晶粒组织呈现一个梯度分布,孪晶密度由表面到芯部也呈现一个梯度分布状态,并且孪晶分布的密集状况随着SMAT处理时间的延长而提升。在应变0.64%时条件下,当载荷周期的持续增大,应力幅也呈现逐渐增大的趋势,这表明低周疲劳过程中显著的循环硬化现象出现在原始挤压态AZ80镁合金和SMAT处理试样。在SMAT处理之后,AZ80镁合金循环加工硬化率明显高于原始挤压态镁合金,疲劳寿命也均高于原始AZ80镁合金。
[Abstract]:The microstructure evolution , hardness and strength of AZ80 magnesium alloy before and after deep cold treatment were investigated . The microstructure evolution , hardness and strength of AZ80 magnesium alloy after deep cold treatment were investigated . The stress - strain hysteresis curve of AZ80 magnesium alloy is increased with the increase of the deep cooling time . The stress - strain hysteresis curve of AZ80 magnesium alloy is increased by 13.12 % , 20.14 % and 26.92 % at the end of compression . SMAT treatment AZ80 magnesium alloy exhibits a gradient distribution from the surface to the core , and the twin density increases with the increase of the processing time of SMAT . Under the condition of 0.64 % strain , the stress amplitude also increases with the increase of the processing time of SMAT .

【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG146.22

【参考文献】