Mg-3Al-1Sn-1Zn镁合金在脉冲电流作用下的力学性能及微观组织研究
发布时间：2022-01-26 08:09
镁合金是最轻质的工程合金,在车辆交通、医疗器械、国防军工和通信电子等领域有着广泛的应用前景。然而镁合金的工程应用受限于室温塑性差、加工成本高等缺陷。研究表明,镁合金在成形过程中施加脉冲电流可以有效的降低其流动应力,提高自身成形性。与传统镁合金的温热成形相比,此方法更加高效、节能,大大降低了加工成本。这使得电致塑性辅助加工替代传统的热加工成为可能。目前脉冲电流对微观组织的影响规律及其机理的研究尚显缺乏,脉冲电流应用于工程实际的理论基础较为薄弱,阻碍了电致塑性加工工艺的应用与发展。针对上述问题,本文以脉冲电流辅助单轴拉伸（通电拉伸）试验为基础,探索了Mg-3Al-1Sn-1Zn（ATZ311）镁合金在不同脉冲电流下的力学性能、微观组织,揭示出脉冲电流对力学性能和微观组织的影响规律;并建立起宏观力学性能和微观组织之间的联系,进一步揭示了脉冲电流下塑性变化的微观机理。同时,通过研究预置孪晶ATZ311镁合金在脉冲电流下的动态再结晶行为,揭示了脉冲电流下的孪晶动态再结晶机制。得出的结论主要有:（1）通电拉伸时,ATZ311镁合金试样的抗拉强度与延伸率随峰值电流密度的变化规律不一致:抗拉强度呈现逐...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
镁及镁合金中常见的滑移系[3]
吉林大学硕士学位论文4在拉伸孪晶中，拥有较小的剪切应变且混排更加容易的{10-12}拉伸孪晶，成为镁合金中出现次数最多的孪晶[22]。而在压缩孪晶中，虽然{10-11}孪晶和{10-13}孪晶具有相同的剪切应变，但由于前者原子移动距离较短，剪切应力更小，因而在镁合金变形过程中更容易出现。类似的，可以判断二次孪晶中最常见的为{10-11}-{10-12}二次孪晶。总的来说，镁合金在室温变形时，最常见的三种孪晶模型为：{10-12}拉伸孪晶、{10-11}压缩孪晶、{10-11}-{10-12}二次孪晶。它们的晶体学取向关系如图1.2所示。图1.2镁中(a){10-12}拉伸孪晶;(b){10-11}压缩孪晶;(c){10-11}-{10-12}二次孪晶示意图[23]Fig.1.2Schematicdiagramof(a){10-12}tensiontwin;(b){10-11}contractiontwin;(c){10-11}-{10-12}secondarytwinmodesinmagnesiumandmagnesiumalloys[23]HCP结构的对称性决定了每种孪晶都存在六个晶体学等价的孪晶面和孪生方向，对应六个孪生系统，即存在六个孪晶变体。{10-11}压缩孪晶的六个变体见图1.3(a)，六个不同{10-11}压缩孪生变体的取向见图1.3(b)。相比初级孪晶而言，二次孪晶具有更多的变体数量。这是因为二次孪晶可以看作是母体经历两次孪生所产生的，而每次孪生都可能产生不同的孪晶变体，最终二次孪晶具有较多的变体数量。以镁合金中常见的{10-11}-{10-12}二次孪晶为例，其可以看成是母体先后经历压缩孪生和拉伸孪生所产生的。而{10-11}压缩孪晶与{10-12}拉伸孪晶都有6种不同的孪晶变体，因此在理论上，{10-11}-{10-12}二次孪晶有36种孪晶变体。虽然其变体数量较多，但它们与基体的取向仅有四种：A型38°<11-20>、B型30°<11-20>、C型66.5°<5-943>、D型69.9°<2-421>[24,25]。经学者大量统计后发现，A、B型各自包含6种孪晶变体，
第1章绪论5镁合金在某些加载环境中，不同的孪晶变体可能同时被激活，并且不同变体之间存在着交互作用。最近的研究也表明孪晶交互作用能够影响孪晶形核、生长和解孪晶等行为[26-29]。因此研究镁合金中变体之间的交互作用是一大热点问题。图1.3(a){10-11}压缩孪晶变体示意图;(b){0001}极图:{10-11}压缩孪晶的六个变体取向[30]Fig.1.3(a)Schematicof{10-11}contractiontwins;(b){0001}polefigure:sixdifferent{10-11}compressedtwinsorientation[30]1.2.3温度对镁合金变形机制的影响镁合金中，位错滑移受到的阻力来源于与两种位错的交互作用[20]。第一种交互作用发生在两个相互平行滑移面上的位错之间，这种涉及到长程应力场，激活能很高，故温度变化对其不会产生较大的影响。另外一种交互作用发生在林位错之间，其涉及到短程应力场，对温度较为敏感，随着温度的升高而降低。位错滑移的总阻力为这两种作用所产生的阻力的累加，因此也会随着温度升高而降低，直到温度足以把第二种交互作用完全激活[20]。从上个世纪50年代起，大量研究人员就开始研究温度对镁合金各滑移系CRSS的影响。其中部分研究人员采用实验的方法来测量单晶体中不同滑移系的CRSS。本文列出了1957-2011年发表且具有代表性的数据[31]，如图1.4。从图1.4中可以看出，拉伸孪生的CRSS和基面滑移的CRSS对温度的变化并不敏感。压缩孪生的CRSS和非基面滑移的CRSS受温度影响较大，温度升高，二者的CRSS
【参考文献】：
期刊论文
[1]Effect of Temperature on the Dynamic Recrystallization of AZ31 Alloy with Pulse Current[J]. Shu-Xia Lin,Xing-Rong Chu,Zhen-Ming Yue,Jun Gao. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2018(12)
[2]脉冲电流对0.27%置氢Ti-6Al-4V合金变形行为的影响[J]. 赵志勇,侯红亮,张艳苓,吴凡,王国峰. 材料研究学报. 2018(05)
[3]Effects of Electropulsing Cutting on the Quenched and Tempered 45 Steel Rods[J]. 陈龙,WANG Haibo,LIU Dan,YE Xiaoxin,LI Xiaohui,唐国翌. Journal of Wuhan University of Technology（Materials Science）. 2018(01)
[4]电塑性及电流辅助成形研究动态及展望[J]. 丁俊豪,李恒,边天军,马俊. 航空学报. 2018(01)
[5]电致塑性效应对纯钽的流动应力影响[J]. 李尧,彭书华,杨俊杰. 稀有金属. 2014(06)
[6]电致塑性效应机制研究及其展望[J]. 彭书华,杨俊杰,李尧. 江汉大学学报(自然科学版). 2013(02)
[7]高性能镁合金研究及应用的新进展[J]. 丁文江,吴玉娟,彭立明,曾小勤,林栋樑,陈彬. 中国材料进展. 2010(08)
[8]Zn-22%Al合金电致塑性效应中位错激活的动力学分析[J]. 李尧,董晓华. 江汉大学学报(自然科学版). 2007(03)
[9]镁合金加工技术的发展趋势与开发应用前景[J]. 刘静安. 四川有色金属. 2005(04)
博士论文
[1]镁合金中形变孪晶间的应变协调效应及其变体选择机制[D]. 郭长发.重庆大学 2016
硕士论文
[1]电流辅助TA2纯钛微塑性变形行为研究[D]. 刘勇达.哈尔滨工业大学 2015
[2]镁合金织构及对力学各向异性影响的研究[D]. 杨倩.武汉科技大学 2013
本文编号：3610144
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
镁及镁合金中常见的滑移系[3]
吉林大学硕士学位论文4在拉伸孪晶中，拥有较小的剪切应变且混排更加容易的{10-12}拉伸孪晶，成为镁合金中出现次数最多的孪晶[22]。而在压缩孪晶中，虽然{10-11}孪晶和{10-13}孪晶具有相同的剪切应变，但由于前者原子移动距离较短，剪切应力更小，因而在镁合金变形过程中更容易出现。类似的，可以判断二次孪晶中最常见的为{10-11}-{10-12}二次孪晶。总的来说，镁合金在室温变形时，最常见的三种孪晶模型为：{10-12}拉伸孪晶、{10-11}压缩孪晶、{10-11}-{10-12}二次孪晶。它们的晶体学取向关系如图1.2所示。图1.2镁中(a){10-12}拉伸孪晶;(b){10-11}压缩孪晶;(c){10-11}-{10-12}二次孪晶示意图[23]Fig.1.2Schematicdiagramof(a){10-12}tensiontwin;(b){10-11}contractiontwin;(c){10-11}-{10-12}secondarytwinmodesinmagnesiumandmagnesiumalloys[23]HCP结构的对称性决定了每种孪晶都存在六个晶体学等价的孪晶面和孪生方向，对应六个孪生系统，即存在六个孪晶变体。{10-11}压缩孪晶的六个变体见图1.3(a)，六个不同{10-11}压缩孪生变体的取向见图1.3(b)。相比初级孪晶而言，二次孪晶具有更多的变体数量。这是因为二次孪晶可以看作是母体经历两次孪生所产生的，而每次孪生都可能产生不同的孪晶变体，最终二次孪晶具有较多的变体数量。以镁合金中常见的{10-11}-{10-12}二次孪晶为例，其可以看成是母体先后经历压缩孪生和拉伸孪生所产生的。而{10-11}压缩孪晶与{10-12}拉伸孪晶都有6种不同的孪晶变体，因此在理论上，{10-11}-{10-12}二次孪晶有36种孪晶变体。虽然其变体数量较多，但它们与基体的取向仅有四种：A型38°<11-20>、B型30°<11-20>、C型66.5°<5-943>、D型69.9°<2-421>[24,25]。经学者大量统计后发现，A、B型各自包含6种孪晶变体，
第1章绪论5镁合金在某些加载环境中，不同的孪晶变体可能同时被激活，并且不同变体之间存在着交互作用。最近的研究也表明孪晶交互作用能够影响孪晶形核、生长和解孪晶等行为[26-29]。因此研究镁合金中变体之间的交互作用是一大热点问题。图1.3(a){10-11}压缩孪晶变体示意图;(b){0001}极图:{10-11}压缩孪晶的六个变体取向[30]Fig.1.3(a)Schematicof{10-11}contractiontwins;(b){0001}polefigure:sixdifferent{10-11}compressedtwinsorientation[30]1.2.3温度对镁合金变形机制的影响镁合金中，位错滑移受到的阻力来源于与两种位错的交互作用[20]。第一种交互作用发生在两个相互平行滑移面上的位错之间，这种涉及到长程应力场，激活能很高，故温度变化对其不会产生较大的影响。另外一种交互作用发生在林位错之间，其涉及到短程应力场，对温度较为敏感，随着温度的升高而降低。位错滑移的总阻力为这两种作用所产生的阻力的累加，因此也会随着温度升高而降低，直到温度足以把第二种交互作用完全激活[20]。从上个世纪50年代起，大量研究人员就开始研究温度对镁合金各滑移系CRSS的影响。其中部分研究人员采用实验的方法来测量单晶体中不同滑移系的CRSS。本文列出了1957-2011年发表且具有代表性的数据[31]，如图1.4。从图1.4中可以看出，拉伸孪生的CRSS和基面滑移的CRSS对温度的变化并不敏感。压缩孪生的CRSS和非基面滑移的CRSS受温度影响较大，温度升高，二者的CRSS
【参考文献】：
期刊论文
[1]Effect of Temperature on the Dynamic Recrystallization of AZ31 Alloy with Pulse Current[J]. Shu-Xia Lin,Xing-Rong Chu,Zhen-Ming Yue,Jun Gao. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2018(12)
[2]脉冲电流对0.27%置氢Ti-6Al-4V合金变形行为的影响[J]. 赵志勇,侯红亮,张艳苓,吴凡,王国峰. 材料研究学报. 2018(05)
[3]Effects of Electropulsing Cutting on the Quenched and Tempered 45 Steel Rods[J]. 陈龙,WANG Haibo,LIU Dan,YE Xiaoxin,LI Xiaohui,唐国翌. Journal of Wuhan University of Technology（Materials Science）. 2018(01)
[4]电塑性及电流辅助成形研究动态及展望[J]. 丁俊豪,李恒,边天军,马俊. 航空学报. 2018(01)
[5]电致塑性效应对纯钽的流动应力影响[J]. 李尧,彭书华,杨俊杰. 稀有金属. 2014(06)
[6]电致塑性效应机制研究及其展望[J]. 彭书华,杨俊杰,李尧. 江汉大学学报(自然科学版). 2013(02)
[7]高性能镁合金研究及应用的新进展[J]. 丁文江,吴玉娟,彭立明,曾小勤,林栋樑,陈彬. 中国材料进展. 2010(08)
[8]Zn-22%Al合金电致塑性效应中位错激活的动力学分析[J]. 李尧,董晓华. 江汉大学学报(自然科学版). 2007(03)
[9]镁合金加工技术的发展趋势与开发应用前景[J]. 刘静安. 四川有色金属. 2005(04)
博士论文
[1]镁合金中形变孪晶间的应变协调效应及其变体选择机制[D]. 郭长发.重庆大学 2016
硕士论文
[1]电流辅助TA2纯钛微塑性变形行为研究[D]. 刘勇达.哈尔滨工业大学 2015
[2]镁合金织构及对力学各向异性影响的研究[D]. 杨倩.武汉科技大学 2013
本文编号：3610144
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