表面机械研磨处理对5182铝合金PLC效应的作用机理研究

发布时间：2017-08-11 23:02

  本文关键词：表面机械研磨处理对5182铝合金PLC效应的作用机理研究

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【摘要】：The Portevin-Le Chatelier(PLC)效应,也称锯齿形屈服效应。它是一种塑性失稳现象,是合金在一定温度、一定应变率下产生的。在应力-应变曲线上,会出现锯齿形的抖动,同时试样上产生了应变局部化的现象。我们常常用动态应变时效(DSA)的理论,来对PLC效应进行解释,即溶质原子和可动位错之间反复不断的钉扎和脱钉过程。铝合金有着良好的综合力学性能,因此它在汽车等领域中有着十分重要的应用。但是,在室温的条件下,铝合金塑性变形时会产生PLC效应,这会损害合金的成型性能;而且合金表面会由于PLC效应而变得粗糙,在合金表面就以PLC带的形式出现,这样就限制了铝合金在工业上的应用。所以研究铝合金所产生的PLC效应,具有一定的工业应用价值和意义。强烈的塑性变形可以在材料中获得超细晶组织,研究表明强烈的塑性变形可以有效抑制合金材料的PLC效应。表面机械研磨处理(SMAT),可以使材料的表面由于产生强烈的塑性变形而得到细化,直到纳米级,最后,从表层到芯部形成梯度纳米结构。它可以改善合金材料的整体机械性能。本文采用SMAT对传统冷轧(粗晶)和连铸连轧(细晶)两种状态的5182铝合金板材进行处理,使用电子背散射衍射(EBSD)、光学显微镜(OM)、透射电子显微镜(TEM)以及硬度仪、单轴拉伸等装置,观察了SMAT后的5182铝合金微观组织、力学性能和PLC效应,并分析和讨论了表面机械研磨对5182铝合金显微组织、力学性能和PLC效应带来的改变和作用。最后,我们使用多重分形的原理,来分析5182铝合金的PLC效应。本文采用SMAT的方法能显著改善5182铝合金的显微组织,使其沿厚度方向获得梯度纳米结构的晶粒,实现了表面纳米化,梯度纳米层的厚度约为60~100μm。SMAT技术可以显著提升5182铝合金的抗拉强度及屈服强度,但却降低了它的延伸率。经SMAT处理后,粗晶铝合金板材的屈服强度提升了47.3%,抗拉强度提升了1.5%,但延伸率下降了34.8%;细晶铝合金板材的屈服强度提升了21.8%,抗拉强度提升了2.4%,延伸率下降了39.1%。这是由于经SMAT处理后,晶粒变细,抵抗变形能力提高,所以强度提高;但因为晶粒变细,晶界就会增多,更多的晶界会抑制位错运动,所以塑性会降低。5182铝合金经SMAT处理后,沿着厚度方向,它的硬度呈梯度变化,硬度明显提高,合金表面纳米晶层硬度最高,粗晶铝合金板材的显微硬度达到约93~102 Hv;细晶铝合金板材的显微硬度达到约94~103 Hv;这是经SMAT处理后,晶粒细化导致的结果。5182铝合金的PLC效应的临界应变和应力跌幅在经SMAT处理后,有一定的变化。经SMAT处理后,铝合金PLC效应的临界应变增大,即PLC效应推迟发生;铝合金的PLC效应的锯齿应变减小;且随SMAT时间的增加,临界应变也变大,即PLC效应延缓发生,而锯齿应变越来越小。SMAT处理5 min后,粗晶铝合金板材的临界应变从0.73%增加至1.45%,锯齿应变从2.4%降低至0.7%;细晶铝合金板材的临界应变从1.12%增加至1.45%,锯齿应变从2.3%降低至0.9%。经SMAT处理后,整个应变区间内的平均应力跌幅没有明显的变化,但它的分布更加集中了,粗晶铝合金板材的半峰宽约从18.8降低至2.6,细晶铝合金板材的半峰宽约从9.5降低至1.3;但SMAT处理的5182铝合金板材在某一应变区间内的平均应力跌幅是增加的。本文引入一套参量q和D(q)来描述5182铝合金PLC效应的多重分形,通过分析证实了PLC效应的多重分形行为,无论是粗晶还是细晶,随着q值的增大,log10Sq(δt)/(q-1)与log10δt都逐渐趋近于线性关系。log10Sq(δt)/(q-1)的尺度性,可以从不同的时间间隔呈现出来。当q超过一定范围时,log10Sq(δt)/(q-1)与log10δt是没有线性关系的,这证实了多重分形行为是有一定尺度的。通过多重分形的分析的方法可以获得广义分形维数D(q),且D(q)随q单调减少,它可以表明PLC效应在一定尺度内是具有多重分形结构的。
【关键词】：铝合金 表面机械研磨处理 梯度纳米结构 PLC效应 多重分形分析
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.21;TG580.68
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第1章 绪论11-27
• 1.1 铝合金概述11-13
• 1.1.1 铝及铝合金的特点11
• 1.1.2 铝合金在汽车工业的应用11-13
• 1.1.3 铝合金在汽车工业的发展前景13
• 1.2 铝合金的强化方式13-14
• 1.2.1 固溶强化13
• 1.2.2 时效强化（沉淀强化）13-14
• 1.2.3 过剩相强化14
• 1.2.4 细晶强化14
• 1.3 铝合金的The Portevin-Le Chatelier (PLC)效应14-20
• 1.3.1 PLC效应的由来15-17
• 1.3.2 PLC效应的微观机制17-18
• 1.3.3 PLC效应的研究方法18-20
• 1.4 有关表面机械研磨处理的概况20-24
• 1.4.1 表面机械研磨处理概述20-22
• 1.4.2 SMAT处理对合金性能的研究22-24
• 1.5 选题意义、研究内容及目标24-27
• 1.5.1 选题意义24-25
• 1.5.2 研究内容及目标25-27
• 第2章 样品的制备与实验过程27-31
• 2.1 试验工艺路线27
• 2.2 试验样品及制备27-28
• 2.2.1 实验试样27-28
• 2.2.2 表面机械研磨处理（SMAT）28
• 2.3 显微组织观察28-30
• 2.3.1 EBSD观察28-29
• 2.3.2 金相观察29
• 2.3.3 TEM观察29-30
• 2.4 力学性能30-31
• 2.4.1 拉伸试验30
• 2.4.2 显微硬度30-31
• 第3章 SMAT对5182铝合金显微组织和力学性能的影响31-40
• 3.1 显微组织31-34
• 3.1.1 EBSD观察31
• 3.1.2 金相观察31-32
• 3.1.3 TEM观察32-34
• 3.2 拉伸特性34-38
• 3.3 显微硬度38-39
• 本章小结39-40
• 第4章 SMAT对5182铝合金PLC效应影响40-58
• 4.1 PLC效应临界应变行为的研究40-46
• 4.1.1 引言40-42
• 4.1.2 试验结果42-44
• 4.1.3 分析讨论44-46
• 4.2 PLC效应应力跌落行为的研究46-56
• 4.2.1 应力幅值随应变的演化46-48
• 4.2.2 应力跌幅的统计分析48-54
• 4.2.3 分析讨论54-56
• 本章小结56-58
• 第5章 5182铝合金PLC效应的多重分形分析58-65
• 5.1 引言58
• 5.2 多重分形理论58-64
• 5.2.1 分形的概念58-59
• 5.2.2 分形中维数的概念59
• 5.2.3 多重分形的一般概念59
• 5.2.4 分析讨论59-64
• 本章小结64-65
• 第6章 结论与展望65-67
• 6.1 结论65-66
• 6.2 展望66-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-74
• 攻读学位期间的研究成果74

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本文编号：658597