Mg-xZn-0.6Zr合金细晶板材的力学及阻尼性能研究

发布时间：2020-05-16 18:31

【摘要】：镁合金具有密度低、比强度和比刚度高、电磁屏蔽性良好和无磁性等优点,并且其阻尼减振性能明显优于其它金属结构材料,是制备高性能轻质减振结构件的关键材料之.一。然而,现有的高阻尼镁合金强度偏低,且力学性能与阻尼性能之间存在矛盾,其应用范围受到了很大限制。有关镁合金力学与阻尼性能调控方法的研究报道很多,但在高强高阻尼镁合金研究方面的进展缓慢。本论文拟采用一种新型的轧制工艺来调控镁合金的微观组织特征,协调合金的强度与阻尼性能,以期制备出高强高阻尼的镁合金板材。论文首先以Mg-0.6Zr合金为研究对象,采用高应变速率轧制工艺制备细晶板材,探讨轧制应变速率对板材组织、力学及阻尼性能的影响,探索通过细化动态再结晶晶粒尺寸来制备高强高阻尼合金板材的可行性;在此基础上,在Mg-0.6Zr合金中添加不同含量的Zn元素,研究Zn含量对Mg-xZn-0.6Zr合金板材的微观组织、动态析出行为、织构、力学性能及阻尼性能的影响,初步探讨细晶镁合金板材的阻尼机制以及纳米析出相对镁合金阻尼性能的影响机制。(1)论文研究了轧制应变速率(1Os-1 20s-1和30s-1)对Mg-0.6Zr合金板材组织、力学和阻尼性能的影响规律。结果表明:在10s-1-30s-1应变速率范围内,随轧制应变速率的增大,板材的动态再结晶体积分数和晶粒尺寸增大,并且板材的基面织构强度弱化,因此板材的力学性能呈下降趋势,而阻尼性能呈上升趋势。Mg-0.6Zr高应变速率轧制板材具有更强烈的细晶强化效果,使板材的综合力学性能明显优于采用其它轧制工艺制备的Mg-0.6Zr合金板材;同时,板材的动态再结晶晶粒内的可动位错密度较高且位错缠结少,使板材的与应变振幅相关阻尼性能明显优于采用其它热加工工艺制备的Mg-0.6Zr合金,表明具有较高可动位错密度的细晶镁合金可以具有高阻尼性能。(2)在Mg-0.6Zr合金中添加不同含量的Zn元素,研究了 Zn含量对高应变变速率轧制Mg-xZn-0.6Zr(x=2,4,6wt.%)合金板材的组织、力学和阻尼性能的影响规律。结果表明:随Zn含量的增加,Mg-xZn-0.6Zr合金板材的动态再结晶体积分数下降、晶粒尺寸减小、动态纳米析出相的密度明显增大,且析出相的尺寸略有增大。这种强烈的晶粒细化效果和高密度动态析出纳米沉淀相的强化效应显著提升了板材的综合力学性能。当Zn加入量为6wt.%时,Mg-6Zn-0.6Zr合金(ZK60)板材具有最佳的综合性能,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为314MPa、249MPa和20.4%;同时,位错非基面滑移的激活以及位错与纳米析出相的交互作用使Mg-xZn-0.6Zr合金板材的阻尼性能得到极大的改善。在Zn含量为6wt.%时,板材具有最佳的阻尼性能,并且在ε=1×10-3时,Q-1值达到了 0.036。实验结果表明,通过调控动态再结晶晶粒尺寸及位错组态和纳米沉淀相特征,可以较好地解决Mg-Zn-Zr系镁合金力学性能和阻尼性能存在的矛盾,从而制备出高强高阻尼的细晶板材。
【图文】：

示意图,衰减量,自由振动,钉扎点

力超过其从弱钉扎点脱钉所需的脱钉应力，此时位错从弱钉扎脱钉而只被强钉扎点钉扎，逡逑位错在强钉扎点之间做往复运动产生与应变振幅相关阻尼，其值强烈依赖应变振幅。示逡逑意图如图１．４所不。逡逑Ｈｅｌｄ逦Ｓｌｒｖ＞ｓ邋Ｆｉｅｌｄ逡逑ｉ＿Ｍ逡逑：；１邋３邋＾邋Ｊ逡逑Ｉｒｔｃｉｖａｓｉｎｓ邋Ｓｔｒｏｓ邋邋逦？逡逑图１．４Ｇ－Ｌ［ＩＣＵ１］位错模型示意图逡逑４逡逑

示意图,位错模型,示意图,阻尼机理

Ａ－逡逑＼邋ｎｃｙｄｅｓ邋ｊ逡逑图１．３振幅在自由振动中的衰减量ｍ逡逑１．２．２镁合金的阻尼机理逡逑金属及合金的阻尼机理主要分为六类，即位错型、孪晶型、晶界型、界面型、磁畴逡逑壁型和热弹性型。在低温下，大部分镁合金的阻尼机理属于位错型，满足Ｇｒａｎａｔｏ和逡逑Ｌｉｉｃｋｅ［１（）’１１］提出的位错振动钉扎模型（Ｇ－Ｌ模型）。部分镁合金的阻尼符合孪晶型，例如逡逑Ｍｇ－Ｃｕ系［１２］合金；而在高温条件下，还有晶界型［ｍ４］Ｐ且尼机理存在。逡逑１．２．２．１位错型逡逑根据Ｇ－Ｌ理论，合金中存在的各种缺陷对位错的运动产生钉扎作用，，在外加载荷作逡逑用下位错在钉扎点之间做不可逆的往复运动消耗能量，从而产生阻尼。在施加的应力较逡逑小时，位错被弱钉扎点（溶质原子、空位）和强钉扎点（位错缠结、第二相和界面）同时钉逡逑扎
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.22;TG339

【参考文献】