定向凝固下镁及镁锡合金单晶的力学性能和孪生行为研究

发布时间：2017-07-13 18:13

  本文关键词：定向凝固下镁及镁锡合金单晶的力学性能和孪生行为研究

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【摘要】：当前镁合金的开发和应用已经成为世界镁合金研究的重要领域,但镁合金难以塑性成形、压力加工成型性能较差,使其进一步应用和发展受到限制。镁合金是密排六方的晶体结构,在室温下独立的滑移系较少,因此研究镁合金塑性变形过程从而提高镁合金的力学性能具有重要的意义。本文主要采用定向凝固手段得到镁及镁锡合金的单晶,从而排除掉晶粒与晶粒之间的相互影响,单纯地研究单个晶粒在进行拉伸过程中的取向及孪生行为,并讨论不同取向的单晶滑移及孪生等变形机制和材料的屈服强度、延伸率及加工硬化行为的内在关系,为改善镁及镁合金多晶的塑性变形提供一定的理论基础。本论文根据过冷度原理,控制定向凝固熔炼炉下降速度为0.2mm/min,得到纯镁及镁合金的铸锭,研究单晶或者粗大的镁合金铸锭在拉伸条件下的组织、力学性能、取向分布等。采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、背散射电子衍射仪(EBSD)、力学性能测试等方法。主要成果如下:(1)镁双晶和镁单晶在拉伸过程中力学性能差异较小,但拉伸后的孪晶宏观形态各异,镁双晶的孪晶由于应力集中和取向差异,主要呈树叶状分布在晶界处;镁单晶的孪晶则随机分散在镁基体中。在变形过程中,先以滑移为主,后以孪生为主,孪生可以减缓材料加工硬化率下降的趋势甚至使材料的加工硬化率上升。(2)应变协调因子可以衡量孪生变体类型的选择。当特定类型的{10-12}孪生变体开启之后,通过晶界之间的传递,按照不同晶粒之间孪生变体的m’大小可以选择要开启的孪生变体类型;在单个晶粒中,按照单个晶粒中六种孪生变体之间的m’值也可以选择最容易开启的变体类型。(3)从Mg-Sn单晶的力学性能来说,Mg-0.1Sn单晶的屈服强度最高,延伸率最低,其平行方向和垂直方向的屈服强度分别23.7MPa和19.9MPa;当Sn含量增加到0.5%时,屈服强度降低,延伸率升高,两个方向的屈服强度差别不大分别为9.84MPa和7.82MPa;Mg-0.85Sn单晶的力学性能的屈服强度则稍有升高,延伸率则接近于Mg-0.5Sn,但平行方向和垂直方向的力学性能有较大差别,屈服强度分别为16.37MPa和23MPa。其中,Mg-0.5Sn的平行方向和垂直方向的力学性能差别最小。因为该合金平行方向和垂直方向滑移的最大SF分别为0.176和0.288,两者最接近。(4)从Mg-Sn单晶的凝固生长方向来说,Mg-0.1Sn单晶和Mg-0.85Sn单晶大致沿着C轴进行生长,外力轴方向接近于热流方向,有利于孪晶的开启,因此Mg-0.1Sn和Mg-0.85Sn单晶产生的孪晶在Y轴拉应力作用下SF分别为0.482和0.174。而Mg-0.5Sn单晶在凝固过程中的择优取向与C轴发生了一定角度的偏转,使之在拉伸过程中,孪生变形主要受沿着Z轴的压应力或X轴方向的压应力影响,而沿着Y轴(即外加拉力方向)的SF普遍较低为负。
【关键词】：定向凝固 单晶 力学性能 孪生行为 EBSD
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.22
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 绪论9-23
• 1.1 引言9
• 1.2 镁及镁合金的基本特点9-11
• 1.3 镁及镁合金的应用11
• 1.4 镁及镁合金的塑性变形理论11-16
• 1.4.1 镁合金的滑移机制11-14
• 1.4.2 镁合金的孪生行为14-16
• 1.5 定向凝固技术概述16-20
• 1.5.1 定向凝固技术的原理及其应用16-17
• 1.5.2 定向凝固工艺研究17-18
• 1.5.3 镁合金定向凝固工艺的理论依据和研究现状18-20
• 1.6 本课题研究的目的和研究内容20-23
• 2 实验材料和研究方法23-33
• 2.1 实验材料成分设计23
• 2.2 实验工艺路线23-24
• 2.3 定向凝固实验熔炼设备和方法24-25
• 2.4 定向凝固熔炼工艺参数25
• 2.5 实验表征方法25-28
• 2.5.1 成分检测25-26
• 2.5.2 宏观组织分析26-27
• 2.5.3 力学行为测试27-28
• 2.5.4 显微组织分析28
• 2.5.5 扫描电镜（SEM）测试28
• 2.5.6 背散射电子衍射（EBSD）分析28
• 2.6 EBSD技术的分析计算方法28-33
• 2.6.1 孪晶类型的判断方法28-30
• 2.6.2 滑移和孪生的Schmid因子计算方法30-33
• 3 定向凝固下纯镁的拉伸性能研究及孪生行为分析33-43
• 3.1 引言33
• 3.2 宏观组织分析33-34
• 3.3 拉伸力学行为与组织分析34-38
• 3.4 取向分析和孪生行为研究38-42
• 3.5 本章小结42-43
• 4 定向凝固下Mg-Sn合金的拉伸性能及孪生行为分析43-75
• 4.1 引言43
• 4.2 宏观组织分析43-45
• 4.3 拉伸力学性能和孪生行为研究45-71
• 4.3.1 Mg-0.1Sn的拉伸性能和孪生行为研究45-54
• 4.3.2 Mg-0.5Sn的拉伸性能和孪生行为研究54-62
• 4.3.3 Mg-0.85Sn的拉伸性能和孪生行为研究62-71
• 4.4 分析与讨论71-72
• 4.4.1 不同Sn含量的镁单晶力学性能对比71-72
• 4.4.2 不同Sn含量的镁单晶孪生行为对比分析72
• 4.5 本章小结72-75
• 5 结论75-77
• 致谢77-79
• 参考文献79-83
• 附录83
• 作者在攻读学位期间发表的学术论文83

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