Mg-3Al-2Sc合金的疲劳行为研究
本文关键词： Mg-3Al-2Sc合金 微观组织 疲劳 裂纹扩展 断裂机制 出处：《沈阳航空航天大学》2012年硕士论文 论文类型：学位论文
【摘要】：由于稀土镁合金具有高强、耐热、耐蚀性等特点,研究开发添加稀土的高品质变形镁合金具有独特的优势。本文研究了退火处理对挤压态Mg-3Al-2Sc合金显微组织与力学性能的影响,分析了疲劳裂纹萌生扩展行为及微观断裂机制,并与商用轧态AZ31板材比较,探讨了稀土Sc的添加对Mg-3Al-2Sc合金微观组织和疲劳行为的影响。得到的主要研究结果如下: 显微组织分析结果表明,Mg-3Al-2Sc合金经热挤压变形后,组织内发生动态和静态再结晶,组织内仍有较大的变形晶粒,第二相主要都分布在细晶区。经再结晶退火后,合金组织明显细化,稀土元素Sc的加入能提高合金再结晶温度。 室温拉伸实验表明,Mg-3Al-2Sc合金经完全再结晶退火后,合金的强度有所下降,塑性显著提高。Mg-3Al-2Sc合金完全再结晶退火后表现为准解理断裂;而轧态AZ31镁合金的断口主要表现为解理断裂,表明稀土Sc的添加降低了合金的脆性断裂倾向。 疲劳实验结果表明,挤压态和挤压-退火态Mg-3Al-2Sc合金的疲劳断裂寿命随应力幅的增大而减小,疲劳裂纹稳定扩展速率随应力幅的增大而增大,当应力幅为60MPa时,疲劳断裂寿命随应力比的增大而减小,疲劳裂纹稳定扩展速率随应力比的增大而增大。其中,应力幅的影响更显著。再结晶退火降低了Mg-3Al-2Sc合金的疲劳抗力。断口分析表明,挤压态Mg-3Al-2Sc合金的疲劳断裂萌生区和扩展区均主要表现为解理断裂机制,在瞬断区主要表现为准解理和沿晶断裂的复合断裂机制。经再结晶退火后,Mg-3Al-2Sc合金的疲劳断裂萌生区仍表现为解理断裂,而进入到扩展区就逐渐表现出准解理的断裂机制;而在瞬断区,疲劳断裂的韧性倾向增强,低应力幅时主要表现为准解理断裂,高应力幅时主要表现为微孔聚合的断裂机制。在相同的加载条件下,Mg-3Al-2Sc合金和AZ31镁合金的对比实验表明,添加稀土Sc能显著增加Mg-3Al的疲劳抗力。
[Abstract]:Rare earth magnesium alloys are characterized by high strength, heat resistance and corrosion resistance. The research and development of high quality wrought magnesium alloy with rare earth addition has unique advantages. The effect of annealing on the microstructure and mechanical properties of extruded Mg-3Al-2Sc alloy is studied in this paper. The fatigue crack initiation and propagation behavior and microfracture mechanism were analyzed and compared with commercial rolled AZ31 sheets. The effect of the addition of rare earth SC on the microstructure and fatigue behavior of Mg-3Al-2Sc alloy was investigated. The main results are as follows: The results of microstructure analysis show that dynamic and static recrystallization occurs in the microstructure of Mg-3Al-2Sc alloy after hot extrusion, and there are still large deformed grains in the microstructure. After recrystallization annealing, the microstructure of the alloy was obviously refined, and the addition of rare earth element SC could increase the recrystallization temperature of the alloy. The tensile tests at room temperature show that the strength of Mg-3Al-2Sc alloy decreases after recrystallization annealing. The ductility of the alloy increased significantly after the complete recrystallization annealing of .Mg-3Al-2Sc alloy, and the quasi-cleavage fracture was observed. The fracture surface of rolled AZ31 magnesium alloy is mainly cleavage fracture, which indicates that the addition of rare earth SC reduces the brittle fracture tendency of the alloy. The fatigue test results show that the fatigue fracture life of extruded and annealed Mg-3Al-2Sc alloys decreases with the increase of stress amplitude. The stable growth rate of fatigue crack increases with the increase of stress amplitude. When the stress amplitude is 60 MPA, the fatigue fracture life decreases with the increase of stress ratio. The stable growth rate of fatigue crack increases with the increase of stress ratio, and the effect of stress amplitude is more obvious. Recrystallization annealing reduces the fatigue resistance of Mg-3Al-2Sc alloy. The fatigue fracture initiation zone and propagation zone of extruded Mg-3Al-2Sc alloy are mainly cleavage fracture mechanism. After recrystallization annealing, the fatigue fracture initiation zone of Mg-3Al-2Sc alloy is still cleavage fracture. The fracture mechanism of quasi-cleavage is gradually shown when entering the extension region. However, in the transient fracture zone, the toughness of fatigue fracture tends to increase, and the quasi-cleavage fracture occurs at the low stress amplitude and the fracture mechanism of micropore polymerization at the high stress amplitude under the same loading conditions. The comparative experiments of Mg-3Al-2Sc alloy and AZ31 magnesium alloy show that the addition of rare earth SC can significantly increase the fatigue resistance of Mg-3Al.
【学位授予单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TG146.22
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，本文编号：1447544
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