AZ31B镁合金轧制变形及循环变形行为与机制研究

发布时间：2019-02-16 07:29

【摘要】：由于具有高的比强(刚)度、较强的电磁屏蔽能力和易于再生利用等一系列优点,镁合金在航空航天、汽车制造及家电和通讯等领域都有广泛的应用。镁合金在加工及低周疲劳过程中不可避免地要发生塑性变形,而作为镁合金主要塑性变形机制的位错滑移和机械孪生又易受到其塑性变形方式、外界加载条件以及本身织构等结构要素的影响。因此,对影响镁合金塑性变形过程和变形机制的因素如应变速率、织构以及变形方式等展开研究,并建立起在不同变形条件下变形过程和变形机制的关系,对加深镁合金塑性变形机理的认识和扩展其在实践中的应用具有重要的意义。本文对大部分晶粒具有{0001}极／或c-轴沿着TD-ND分布(具有丝织构特征)的AZ31B镁合金进行了多道次的冷轧,并对轧制过程中的组织演化和大压下量轧制过程的变形机制进行了分析。结果表明,在适当修剪的情况下,将1.5mm厚的AZ31B镁合金薄板通过多道次的冷轧过程可以获得95.3%的大压下量,最终轧制出厚度为0.068mmm、长度可达到250mm的箔材。在轧制过程中的前三个道次,当总压下量小于20.7%时,孪生(包括拉伸孪生和压缩孪生)在塑性变形过程中起到了重要的作用,同时拉伸孪晶的大量出现使得变形组织内形成了基面织构。在轧制过程中的后六个道次,在轧制总压下量达到95.3%的过程中,位错滑移机制在轧制过程中占据了主导地位。在剧烈塑性变形(SPD)过程中伴随着变形组织内晶粒的细化,同时在轧制过程中保存下来的压缩孪晶在位错滑移的作用下也发生了变形、细化。轧制过程中每一道次的较低压下量和轧板厚度与轧辊直径之间较小的比率都对具有基面织构晶粒多种滑移机制的开启具有促进作用,也是获得95.3%压下量的原因之一。为了研究应变速率或循环频率对镁合金低周疲劳行为的影响,对具有较弱丝织构特征的镁合金样品沿着轴向施加不同的应变幅和循环频率。研究结果表明,应变幅为0.75%,1.0%,2.0%和4.0%时,在非对称的压-压循环变形中,样品在0.01HZ, 0.1HZ,2.0HZ和5.0HZ循环频率下都表现出了明显的循环硬化特性。随着循环频率的提高,在相同应变幅下,样品的应力幅、硬化率和塑性应变幅都随着循环频率的增高而降低。同时还发现,在相同应变幅下,样品的疲劳寿命随着循环频率的提高而提高。为了对循环变形过程进行深入研究,揭示循环变形行为与变形机制之间的内在联系,在2%应变下,采用EBSD原位分析技术对压-压非对称循环变形过程中各变形阶段的变形组织进行观察,并对具有不同取向特征晶粒的孪生过程进行研究,同时采用粘塑性自洽模型对循环变形过程进行模拟。研究结果表明,具有丝织构的原始变形组织,在沿着轴向进行压-压循环变形过程中,孪生-祛孪生变形机制在塑性变形过程中占有重要的地位。在循环变形过程中的压应力或者拉应力的卸载阶段,样品在弹性力(内应力)的作用下即发生祛孪生现象。晶粒取向、应力加载方式、临界剪切应力等综合因素对镁合金的孪生过程产生影响,祛孪生的发生与孪晶形成过程的反向应力(变)直接有关。同时,原始晶粒取向不但对于孪生变形机制产生明显的影响,对于位错变形机制启动的类型以及在总应变中的贡献亦有明显的影响。在研究循环频率或应变速率对镁合金循环变形组织结构与变形机制之间关系过程中,发现在高应变速率下生成的拉伸孪晶数量要高于低应变速率下的拉伸孪晶数量,而启动的位错则刚好相反。在不同应变速率下的压-压循环变形过程中,组织内都发生了较为明显的孪生-祛孪生过程,在高应变速率下的循环变形过程中残留的拉伸孪晶要比低应变速率下的要少,孪晶周围缠结的位错也更少。在8.0×10-1S-1应变速率下,对具有丝织构特征的镁合金压缩8%应变后,发现在变形组织中除了厚度较大的拉伸孪晶之外,还存在着大量纳米尺度的板条束状拉伸孪晶,这些纳米尺度的拉伸孪晶的形成是在高应变速率下位错滑移临界剪切应力的提高以及孪晶的高形核率和进一步生长受限综合作用的结果。通过对循环频率或应变速率对镁合金循环变形行为影响的机制分析认为,在较低的应变幅下,较低应变速率下位错滑移机制在塑性变形过程中起主要作用,而在较高应变速率下,孪生变形机制起主要作用。孪生变形机制引起的应变硬化率要远低于位错滑移机制所引起的应变硬化率。因此,在高循环频率(5HZ)下样品滞回曲线的最大应力要明显小于低循环频率(0.01HZ)下的最大应力。随着循环频率的提高,由孪生-祛孪生过程引起的塑性应变幅变化△εpT要明显大于位错滑移引起的塑性应变幅变化△εpD,由孪生-祛孪生过程引起的塑性应变幅变化能够降低材料的损伤程度。在循环变形过程中,孪生变形机制导致在塑性变形过程中较小的硬化率、较少的材料缺陷,最终导致随着循环频率的提高相应材料的疲劳寿命也显著提高。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG339

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