预变形AZ31B镁合金循环变形及损伤行为研究

发布时间：2020-06-23 05:06

【摘要】：由于镁合金往往在应用中承受交变载荷,疲劳成为镁合金结构件的主要失效形式。因此,研究清楚变形镁合金循环变形和疲劳行为具有重要意义。本文通过小应变幅值预循环变形(简称预循环变形)和预压缩变形对挤压态AZ31B合金分别引入位错和孪晶,然后研究了预变形对AZ31B合金单向变形行为、循环变形行为和疲劳寿命的影响。采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和背散射电子衍射(EBSD)等准原位观察了低周疲劳裂纹演化过程,分析了预变形AZ31B合金疲劳损伤失效的机制。预循环变形AZ31B合金的单向变形和循环变形研究结果表明,预循环变形后合金单向拉伸屈服强度提高了28 MPa,单向压缩的屈服应力提高了8 MPa。1%应变幅值下挤压态和预循环变形合金的疲劳寿命分别为400周和380周,预循环变形在大应变幅下对挤压态AZ31B合金疲劳行为无显著影响。0.6%应变幅值下挤压态和预循环变形合金的疲劳寿命分别为2206周和975周,在较小应变幅下,预制位错造成严重的位错塞积和应力集中,使合金疲劳寿命明显降低。预压缩AZ31B合金的初始组织和循环变形研究结果表明,经6%变形量预压缩后合金被引入了约60%体积分数的拉伸孪晶。1%应变幅值下挤压态和预压缩合金的疲劳寿命分别为400周和349周。在大应变幅值下,预压缩后合金在循环变形中先发生去孪,应力-应变滞回曲线倒置,疲劳寿命基本不变。0.3%应变幅值下挤压态和预压缩合金的疲劳寿命分别为37400周和23000周,在滑移主导变形的小应变幅下,预压缩则大幅降低了合金抗疲劳性能。预压缩AZ31B镁合金小应变幅值疲劳损伤行为研究表明,预压缩后首次出现表面损伤时的寿命百分比从30%提前至13%,且疲劳裂纹主要萌生于母晶内部的柱面驻留滑移带或者柱面-基面驻留滑移带,这些裂纹均未发生明显扩展。预压缩后合金内部母晶的体积分数大幅降低,减少了裂纹萌生寿命,从而导致合金疲劳寿命下降。另外,几乎没有在孪晶内部发现疲劳损伤。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.22;TG306
【图文】：

疲劳寿命曲线,镁合金,滑移,塑性变形机制

图 1-1 挤压态 AZ31B，AZ61A 和 ZK60 镁合金的应变-疲劳寿曲[16, 18, 19]1-1 Strain-fatigue life curve for extruded AZ31B, AZ61A and ZK60 magnesium alloys[16 循环变形镁合金的应变-疲劳寿命曲线中拐点的出现反映出循环塑性变形模式的改具有密排六方结构(HCP)的镁合金，孪生对疲劳和损伤行为起到非常重要使得在不同的应变幅值范围内，镁合金塑性变形机制有显著区别。镁及塑性变形机制一般包括滑移、孪生、去孪以及晶界滑动[20]。基面 a 滑移滑移、锥面 a 滑移以及锥面 c+a 滑移都是常见的滑移系[21]，如图 1-2 所生在 HCP 结构金属的变形模式中能够起到协调 c 轴方向应变的作用。{孪生，{101—1}压缩孪生，以及{101—1}-{101—2}二次孪生是镁合金中常见的[22, 23]。其中{101—2}拉伸孪生是镁合金中最容易启动和最常见的模式，产孪晶与基体的取向相差 86.3°，如图 1-3 所示。当镁合金中已经发生了孪如果沿相反的方向施加载荷，那么对于已经形成的孪晶，其取向很容易[24, 25]

示意图,滑移,锥面,滑移系

图 1-2 镁及镁合金滑移系示意图: (a) 面滑移，(b)柱面滑移，(c)锥面 a 滑移，(d)锥面 c+a 滑移[26]Fig.1-2 Schematic illustration of slip systems in magnesium and its alloys: (a) basal,(b) prismatic,(pyramidal <a>,(d) pyramidal <c+a>[26]图 1-3 {101—2}孪生示意图:(a)原子运动情况，(b)孪生对于体旋转 86.3o[27]Fig.1-3 Schematic illustration of {101—2} extension twin: (a)the movement of atoms, (b)the twinnin

【参考文献】