Mg-3Nd-1Zn合金锯齿流变行为及其机理研究

发布时间：2017-08-16 08:08

  本文关键词：Mg-3Nd-1Zn合金锯齿流变行为及其机理研究

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【摘要】：镁合金被誉为“21世纪的绿色工程材料”,具有高效节能环保等优点,在航空航天、军工等领域都具有极其重要的应用价值。但镁合金的加工成型性能低,阻碍工业化生产及推广,严重制约其广泛应用。许多镁合金在一定的温度应变速率范围内尤其是中温塑性变形时容易出现一种流变失稳现象,主要表现在拉伸应力-应变曲线上出现锯齿状的波动,即锯齿流变行为,并且使合金的延伸率降低。本文选用Mg-3Nd-1Zn(NZ31)耐热镁合金为研究对象,利用金相技术、扫描电镜以及透射电镜和力学性能试验表征了其在不同加载条件及环境温度变形时的组织演变和力学性能,分析了变形温度及速率、析出相尺寸及分布对锯齿流变的类型及临界应变的影响。研究了不同温度及应变速率对固溶处理态NZ31镁合金锯齿流变类型的影响。结果表明:锯齿流变行为出现在150℃~300℃及1′10-4~1′10-2s-1的温度及应变速率范围内。随着温度的升高或应变速率的降低,锯齿流变类型由A型转变为B型最后转变为C型。在这个过程中,温度的变化影响溶质原子扩散速率,应变速率的变化主要影响位错运动速率。温度的增加或应变速率的降低可以增加溶质原子对位错的钉扎能力,从而使锯齿类型从A型转变成B型。但温度过高时或应变速率过低时,钉扎能力太强也会表现出对锯齿流变行为的抑制作用,主要由于其抑制位错摆脱溶质原子的过程(脱钉过程),从而使锯齿类型从B型转变成C型。研究了不同温度及应变速率对固溶处理态NZ31镁合金锯齿流变出现的临界应变的影响。结果表明:随着温度的升高或应变速率的降低,锯齿流变出现的临界应变先降低后增加(从正常临界应变行为到反常临界应变行为)并且对应相应的锯齿类型。在这个过程中,锯齿流变出现的临界应变由两个因素控制。其中在低温时,钉扎的临界应变主导着锯齿流变的出现,并且其随着温度的增加而降低,锯齿流变的开始伴随着钉扎过程而产生A型或B型锯齿。在高温时脱钉的临界应力主导着锯齿流变的出现,并且其随着温度的增加而增加,锯齿流变的开始伴随着脱钉过程而产生的C型锯齿。利用不同热处理工艺,调控NZ31镁合金的析出相尺寸及分布,研究了析出相及溶质原子浓度对锯齿流变行为的影响。结果表明:固溶处理后的NZ31合金在250℃到275℃温度范围内进行20min~30min短时间的高温时效,基体中产生大量颗粒状、BCT结构的 b 相Mg Nd,且晶界附近的密度高于晶内,且对基体有显著强化作用。NZ31合金中b’’相对锯齿流变的影响主要表现在于:一方面析出相对位错的阻碍促进溶质原子向位错处偏聚,但也对位错摆脱溶质原子产生抑制,使锯齿流变行为中的应力锯齿形状发生圆滑状变化。另一方面析出相的产生会降低合金基体中的溶质原子浓度,从而使锯齿流变作用减弱。
【关键词】：镁合金 锯齿流变 临界应变 组织 力学性能 析出相
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.22
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第一章 绪论12-21
• 1.1 镁及镁合金概述12-14
• 1.1.1 金属镁12-13
• 1.1.2 镁合金的分类13-14
• 1.2 镁合金的塑性变形理论14-16
• 1.3 锯齿流变行为16-18
• 1.4 本研究的选题依据及研究内容18-21
• 1.4.1 研究的目标及意义18-19
• 1.4.2 本文的主要内容19-21
• 第二章 NZ31镁合金锯齿流变类型与变形条件的关系21-32
• 2.1 引言21
• 2.2 实验过程21-22
• 2.3 实验结果及讨论22-31
• 2.3.1 NZ31镁合金在不同温度及应变速率下的拉伸行为22-24
• 2.3.2 NZ31镁合金在拉伸前后的微观组织及断口形貌24-26
• 2.3.3 NZ31镁合金锯齿类型及其微观机制26-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 NZ31镁合金锯齿流变行为临界应变机制32-40
• 3.1 引言32-33
• 3.2 实验过程33
• 3.3 实验结果及讨论33-38
• 3.3.1 NZ31镁合金临界应变与温度及应变速率的关系33-35
• 3.3.2 钉扎的临界应变与温度的关系35
• 3.3.3 脱钉的临界应力与温度的关系35-36
• 3.3.4 锯齿流变的临界应变及锯齿类型随温度变化的机制36-38
• 3.4 本章小结38-40
• 第四章 NZ31镁合金析出相及其对锯齿流变的影响40-57
• 4.1 引言40-41
• 4.2 实验过程41-42
• 4.3 实验结果及讨论42-56
• 4.3.1 NZ31镁合金高温时效及其对力学性能的影响42-45
• 4.3.2 NZ31镁合金高温短时间时效的微观组织45-47
• 4.3.3 NZ31镁合金在高温短时时效过程中的强化机制47-49
• 4.3.4 NZ31镁合金常规时效后的力学性能和微观组织49-51
• 4.3.5 NZ31镁合金中析出相对锯齿流变的影响51-53
• 4.3.6 NZ31镁合金中溶质原子浓度对锯齿流变的影响53-56
• 4.4 本章小结56-57
• 结论57-59
• 参考文献59-65
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果65-66
• 致谢66-67

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1 王文辉;Mg-3Nd-1Zn合金锯齿流变行为及其机理研究[D];沈阳理工大学;2016年

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本文编号：682156