预孪生化镁合金的析出行为及对后续变形的影响

发布时间：2017-10-25 09:26

  本文关键词：预孪生化镁合金的析出行为及对后续变形的影响

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【摘要】：由于具有较高的比强度、比刚度、优良的电磁屏蔽性能以及易回收等优良特性,镁及其合金的工业应用受到越来越广泛的关注。然而,镁合金的强度相对于铝合金来说较低,这使镁合金的工业应用受到了极大的制约。因此在关于镁合金的研究领域,镁合金的强化是一个非常重要的研究方向。其中析出相强化为商用镁合金的主要强化手段,也是是镁合金强化的主要研究方向之一。本文以最常用的两种挤压态商用镁合金AZ61和ZK60为研究对象,研究预压缩变形和时效处理对试样后续沿挤压方向变形的影响。实验中使用的主要检测和分析手段有:金相组织观察(OM)、X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微分析(SEM)和电子背散射衍射(EBSD)等。对时效后试样的变形和时效析出行为进行观察研究,并用透射电子显微分析(TEM)对ZK60合金中{10-12}拉伸孪生内部的析出相进行了详细分析。所得研究结果有以下几点:通过金相组织观察、扫描电子显微分析和透射电子显微分析,再经过预孪生化的挤压态AZ61和ZK60合金的时效过程中,析出相会优先在{10-12}拉伸孪晶界和孪晶内部形核,其后在未发生孪生的基体上形核,这可能是由于在透镜状的{10-12}孪生界面上存在局部错排,并且在孪生内部存在大量的位错和层错,这些缺陷的存在使得给析出相不均匀形核提供了有利的条件。在时效后ZK60合金中的预先存在{10-12}拉伸孪晶内部观察到了三种形貌的析出相:(0001)twin板状、[11-20]twin条状和[0001]twin棒状析出相,其组成为Mg4Zn7相或Mg Zn2相。对析出相和孪晶的傅里叶变换点阵(FFT)进行分析,可以确定Mg4Zn7与孪晶的取向关系式相关于[010]晶带轴的两种变体,分别为即[010]Mg4Zn7‖[0001]twin且(-201)Mg4Zn7‖(-12-10)twin,[010]Mg4Zn7‖[0001]twin且(-201)Mg4Zn7‖(10-10)twin。Mg Zn2与孪晶的取向关系为[-12-10]Mg Zn2‖[0001]twin,(10-12)Mg Zn2‖(10-10)twinAZ61合金中,在再次同向压缩的过程中,析出相对孪生扩展的阻碍作用并不能与回复所造成的软化作用相抗衡,因此导致了时效后压缩屈服强度的降低。而在反向拉伸过程中,析出相在孪晶界和孪生内部优先形核导致了拉伸屈服强度的大幅增加。ZK60合金中不论是再次同向压缩还是反向拉伸,时效处理后试样的屈服强度相比于未进行时效处理试样均有明显的改善。这两种合金屈服强度不同变化趋势是由两种合金中不同的析出行为和析出相形貌所导致的。此外,两种预孪生化合金经过时效处理后在其挤压方向上的拉伸压缩不对称性均得到了很好的改善。时效后两种合金试样同向二次压缩过程的B硬化阶段均呈现出两个斜率不同的阶段B1和B2,其中B1阶段的斜率明显大于B2阶段。尽管B1阶段斜率的变化不尽相同,但两种合金中时效对B2阶段的斜率均却没有明显的影响,即时效所产生的析出相只对B阶段硬化的小变形量阶段有较大影响,而随着变形量的增大,析出相对加工硬化的影响逐渐消失。对于反向拉伸过程,ZK60短时时效(3 h)B阶段更加明显,延长时效时间B硬化阶段才逐渐平坦化,而时效使得AZ61合金的B硬化阶段平坦化,且时效5 h试样的B阶段最平。
【关键词】：镁合金 析出相强化 孪生 加工硬化
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG166.4;TG146.22
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 绪论9-25
• 1.1 引言9-10
• 1.2 镁合金发展现状10-11
• 1.3 镁合金塑性变形理论11-15
• 1.4 镁合金强化方式15-17
• 1.5 国内外研究进展17-23
• 1.5.1 AZ系镁合金析出相17-19
• 1.5.2 ZK系镁合金析出相19-20
• 1.5.3 镁合金的析出相强化20-22
• 1.5.4 析出相对拉压不对称性的影响22-23
• 1.5.5 预变形与析出相23
• 1.6 课题内容及意义23-25
• 2 实验内容25-28
• 2.1 实验材料25
• 2.2 实验内容25-26
• 2.3 表征方法26-28
• 2.3.1 金相组织观察26
• 2.3.2 XRD实验26
• 2.3.3 SEM扫描电子显微实验26-27
• 2.3.4 EBSD电子背散射衍射实验27
• 2.3.5 透射电子显微实验（TEM）27-28
• 3 预孪生化AZ61的析出行为及对后续变形的影响28-39
• 3.1 引言28
• 3.2 实验步骤28-29
• 3.3 实验结果29-34
• 3.3.1 原始材料29-30
• 3.3.2 预变形试样的显微组织变化30-32
• 3.3.3 预变形试样再变形力学行为32-34
• 3.4 分析与讨论34-38
• 3.4.1 对孪生的影响35
• 3.4.2 对退孪生的影响35-36
• 3.4.3 对加工硬化率的影响36-38
• 3.5 小结38-39
• 4 预孪生化ZK60合金的析出相强化39-50
• 4.1 引言39
• 4.2 实验步骤39-40
• 4.3 实验结果40-43
• 4.3.1 原始材料40
• 4.3.2 微观组织变化40-41
• 4.3.3 力学性能41-43
• 4.4 分析讨论43-48
• 4.4.1 ZK60析出相对孪生和退孪生的影响43-45
• 4.4.2 对加工硬化的影响45-47
• 4.4.3 ZK60与AZ61对比47-48
• 4.5 小结48-50
• 5 ZK60合金{10-12}拉伸孪生中的析出相50-58
• 5.1 引言50
• 5.2 实验步骤50-51
• 5.3 实验结果51-53
• 5.3.1 原始材料51-52
• 5.3.2 孪生中的析出相52-53
• 5.4 分析讨论53-57
• 5.4.1 棒状析出相的取向分析53-54
• 5.4.2 板状析出相的取向分析54-55
• 5.4.3 条状析出相的取向分析55-57
• 5.5 小结57-58
• 6 结论58-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-67
• 附录 作者在攻读学位期间发表的论文目录67

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