高速变形条件下AZ31镁合金的各向异性

发布时间：2020-03-31 16:40

【摘要】：镁和镁合金由于其轻质的特点,在汽车、航空等领域得到了广泛的研究与应用。镁的晶体是密排六方结构(HCP),室温下的滑移系较少,仅靠滑移不能满足变形的要求,因此孪生也是镁及镁合金重要的变形方式之一。同时,镁及镁合金由于加工后织构的存在,使其在后续的变形过程中会出现明显的拉压不对称性和各向异性现象。为了研究镁合金在高速变形条件下的各向异性现象,本文以Mg-3Al-1Zn(AZ31)镁合金轧制板材为研究对象,采用分离式霍普金森压杆和拉杆(Split Hopkinson Pressure and Tension Bar,SHPB,SHTB)研究了AZ31轧制板材不同方向试样的高速压缩和拉伸行为;采用X-ray和电子背散射衍射技术(Electron Backscatter Diffraction,EBSD)分析了AZ31轧制板材的宏观和微观织构;采用金相显微镜(OM)观察了试样变形之后的显微组织;采用定量金相法测量了变形后的孪晶体积分数;计算了镁合金各滑移和孪晶模式的Schmid因子(Schmid Factor,SF),结合显微组织观察结果分析了不同受力状态下AZ31板材高速变形条件下的变形机制,研究了不同受力方向、应变速率、变形温度对AZ31镁合金板材各向异性的影响。高速冲击压缩实验的加载方向为轧板法向、轧制方向和板材横向,应变速率在500s~(-1)?2200s~(-1),变形温度为室温至350℃。高速冲击拉伸实验的加载方向为轧制方向、45°方向和板材横向,应变速率在600s~(-1)?2400s~(-1),变形温度为室温。实验结果表明:在高速冲击压缩条件下,室温下AZ31镁合金轧板的轧向、横向和法向试样之间存在明显的各向异性现象,随着温度升高,各向异性现象逐渐减弱。应变速率对各向异性没有显著的影响。而板面内拉伸实验表明轧板面内不存在各向异性现象。分析表明,AZ31镁合金轧板变形过程中出现的各向异性现象主要是由于初始织构的存在导致后续变形机制的不同所引起。当法向样品受到直接压缩时,变形机制主要为锥面c+a滑移和部分{10-11}压缩孪晶;而轧向和横向样品受到压缩时其变形机制主要为{10-12}拉伸孪晶。不同的变形机制使法向样品的流变应力要高于轧向和横向样品。轧板面内三个方向样品由于晶粒的排布方式相同,使样品受到高速拉伸时的变形机制相同,主要为{10-11}压缩孪晶、柱面滑移和锥面c+a滑移,因此不存在各向异性现象。镁合金中不同变形方式的SF值及其变化规律均不相同,SF与临界剪切应力(Critical Resolved Shear Stress,CRSS)结合分析镁合金的变形机制,为解释各向异性现象提供理论依据。
【图文】：

3c 锥面<a>滑移 d 锥面<c+a>滑移图1.1 镁合金中主要的滑移方式Fig.1.1 The main slip modes in magnesium alloys根据前文提到的 Von Mises 准则中均匀变形需要 5 个独立滑移系的要求，基面<a>滑移仅能提供两个独立的滑移系，不能充分协调镁合金的塑性变形，，因此孪晶是镁合金变形不可缺少的一种变形方式，特别是对于室温或低温变形显得尤为重要。与滑移不同的是，镁合金中的孪生是一种不全位错的运动，而滑移是全位错运动。孪生发生之后，晶体的结构与母体一致而晶体取向发生改变。镁合金中常见的一次孪晶有{ 101 2}孪晶和{ 101 1}孪晶，如图 1.2 所示。{ 101 2}孪晶通常在 c 轴受到拉应力或者垂直于 c 轴受到压应力时发生，称为“拉伸孪晶”；{ 101 1}孪晶与之相反

皆为压缩孪晶。a { 101 2}孪晶 b { 101 1}孪晶图1.2 镁合金中常见的一次孪晶Fig.1.2 Two common twinning in magnesium alloys
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.22

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本文编号：2609317