挤压态稀土镁合金高温单轴拉伸行为特征研究
发布时间：2021-01-14 06:43
使用Instron3382电子拉伸试验机研究了挤压态Mg-Gd-Y-Zn-Zr稀土镁合金的高温拉伸变形行为,分析并归纳了该合金在温度为250～350℃,应变速率为10-2～10-4 s-1条件下的峰值应力随温度和应变速率的变化关系.研究结果表明:温度和应变速率是影响高温变形力学性能的重要因素,随着温度的升高和应变速率的降低,峰值应力减小;随着变形温度的升高,应变速率敏感性增加,应力指数减小,其平均值为6.75;在试验温度范围内,随着温度的升高和应变速率的增加,变形激活能降低,位错的攀移和滑移为塑性变形的主要机制.
【文章来源】：中北大学学报(自然科学版). 2020,41(04)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
拉伸薄片金相组织
图 1 拉伸薄片金相组织高温拉伸试验在Instron3382电子拉伸试验机上进行, 试验的加热设备为拉伸试验机专门配套的电阻丝辐射加热炉, 待加热炉升温至试验温度后装夹试样并保温10 min后开始拉伸, 保温过程中由于试样受热膨胀需要实时手动调节拉伸机夹头位置, 使其保持合适的预紧力. 拉伸时夹头速度保持不变. 试验温度分别为室温, 250, 300和350 ℃, 初始应变速率为10-2, 10-3和10-4 s-1.
从表 1 的数据可以看出, 室温下不同应变速率的拉伸试验对于屈服强度和延伸率几乎没有影响, 而随着应变速率的降低, 抗拉强度略有降低, 这说明室温时Mg-Gd-Y-Zn-Zr镁合金对低应变速率的变化不敏感. 表 2 所示, 高温拉伸时, 挤压态Mg-Gd-Y-Zn-Zr镁合金的峰值应力和室温相比显著降低, 温度越高, 应变越慢时, 强度越低, 延伸率越大. 当温度达到350 ℃, 应变速率为1×10-4 s-1时, 峰值应力仅为72 MPa, 与室温时相比降低了74.3%, 而延伸率则达到了69.8%, 比室温时同等速率下的延伸率提高了5倍, 此时塑性变形更容易发生. 不同温度下该稀土镁合金拉伸至失效时试样的真应力应变曲线如图 3 所示, 该曲线是由工程应力-应变曲线经过换算得到的. 由图 3 可以看出, 随着温度的升高和应变速率的降低, 稳态变形区逐渐增大, 合金的拉伸曲线均为软化曲线, 这说明在拉伸过程中发生了动态再结晶. 从曲线上可以看出, 即便是软化曲线部分也会出现很小的平台或上升, 这可能是由于晶粒长大导致的流动硬化造成的. 温度升高后, 延伸率增加, 这是因为裂纹的扩展受到了抑制. 结合稀土镁合金常见的断裂形为和金属高温变形空洞形核理论可推测: 在拉伸过程中尽管由于三叉晶界处和硬质第二相与晶界的结合处产生的应力集中超过了裂纹扩展的临界应力造成空洞出现, 但是变形过程中同时产生的动态再结晶又使晶界数量增加, 从而弥合了空洞, 应变速率较慢时, 空洞形核率较低且不易聚合, 这一作用更加明显.从宏观上看, 高温时, 拉伸试样侧面起伏不平, 这是因为每当局部出现缩颈时, 该处应变速率会加快, 导致变形抗力增加以阻止变形继续进行, 新的局部变形就会转移到变形抗力相对较弱的截面上继续发生, 这样缩颈位置就在试样上不断转移和交替, 这种现象实际上抑制了局部不均匀的发展, 提升了合金塑性. 高温和低应变速率下, 合金有充足的时间来松弛应力集中, 并且高温加速了原子的扩散速率, 这些都将对镁合金的延伸率造成相应的影响. 相比于其他系镁合金, 该稀土镁合金在试验设置的温度下并没有展现出超塑性. 由图 1 的金相图可以看出, 试样中有不少析出物, 这些析出物具有较强的耐热性, 在本文的试验温度下不易溶解并成为阻碍晶界移动的应力集中源, 这成为限制稀土镁合金高温塑性的重要影响因素.
【参考文献】：
期刊论文
[1]Mg-Zn-Zr系生物镁合金研究现状及展望[J]. 李欢,文九巴,贺俊光,刘亚,师慧娜,徐大召. 材料热处理学报. 2019(07)
[2]Mg-7Gd-2.5Nd-0.5Zr耐热镁合金热变形行为[J]. 信彦辉,李全安. 材料热处理学报. 2018(01)
[3]高强稀土镁合金的研究与发展现状[J]. 孙博闻. 石化技术. 2017(12)
[4]挤压态Mg-3Al-3Zn-1Ti-0.6RE镁合金的高温拉伸变形行为[J]. 周明扬,苏鑫鑫,任凌宝,尹冬弟,权高峰,张英波. 稀有金属材料与工程. 2017(08)
[5]Mg-10Gd-4.8Y-0.6Zr镁合金热变形行为与加工图[J]. 肖宏超,刘楚明,徐璐,王霄,万迎春. 中国有色金属学报. 2013(02)
[6]高性能镁合金研究及应用的新进展[J]. 丁文江,吴玉娟,彭立明,曾小勤,林栋樑,陈彬. 中国材料进展. 2010(08)
本文编号：2976421
【文章来源】：中北大学学报(自然科学版). 2020,41(04)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
拉伸薄片金相组织
图 1 拉伸薄片金相组织高温拉伸试验在Instron3382电子拉伸试验机上进行, 试验的加热设备为拉伸试验机专门配套的电阻丝辐射加热炉, 待加热炉升温至试验温度后装夹试样并保温10 min后开始拉伸, 保温过程中由于试样受热膨胀需要实时手动调节拉伸机夹头位置, 使其保持合适的预紧力. 拉伸时夹头速度保持不变. 试验温度分别为室温, 250, 300和350 ℃, 初始应变速率为10-2, 10-3和10-4 s-1.
从表 1 的数据可以看出, 室温下不同应变速率的拉伸试验对于屈服强度和延伸率几乎没有影响, 而随着应变速率的降低, 抗拉强度略有降低, 这说明室温时Mg-Gd-Y-Zn-Zr镁合金对低应变速率的变化不敏感. 表 2 所示, 高温拉伸时, 挤压态Mg-Gd-Y-Zn-Zr镁合金的峰值应力和室温相比显著降低, 温度越高, 应变越慢时, 强度越低, 延伸率越大. 当温度达到350 ℃, 应变速率为1×10-4 s-1时, 峰值应力仅为72 MPa, 与室温时相比降低了74.3%, 而延伸率则达到了69.8%, 比室温时同等速率下的延伸率提高了5倍, 此时塑性变形更容易发生. 不同温度下该稀土镁合金拉伸至失效时试样的真应力应变曲线如图 3 所示, 该曲线是由工程应力-应变曲线经过换算得到的. 由图 3 可以看出, 随着温度的升高和应变速率的降低, 稳态变形区逐渐增大, 合金的拉伸曲线均为软化曲线, 这说明在拉伸过程中发生了动态再结晶. 从曲线上可以看出, 即便是软化曲线部分也会出现很小的平台或上升, 这可能是由于晶粒长大导致的流动硬化造成的. 温度升高后, 延伸率增加, 这是因为裂纹的扩展受到了抑制. 结合稀土镁合金常见的断裂形为和金属高温变形空洞形核理论可推测: 在拉伸过程中尽管由于三叉晶界处和硬质第二相与晶界的结合处产生的应力集中超过了裂纹扩展的临界应力造成空洞出现, 但是变形过程中同时产生的动态再结晶又使晶界数量增加, 从而弥合了空洞, 应变速率较慢时, 空洞形核率较低且不易聚合, 这一作用更加明显.从宏观上看, 高温时, 拉伸试样侧面起伏不平, 这是因为每当局部出现缩颈时, 该处应变速率会加快, 导致变形抗力增加以阻止变形继续进行, 新的局部变形就会转移到变形抗力相对较弱的截面上继续发生, 这样缩颈位置就在试样上不断转移和交替, 这种现象实际上抑制了局部不均匀的发展, 提升了合金塑性. 高温和低应变速率下, 合金有充足的时间来松弛应力集中, 并且高温加速了原子的扩散速率, 这些都将对镁合金的延伸率造成相应的影响. 相比于其他系镁合金, 该稀土镁合金在试验设置的温度下并没有展现出超塑性. 由图 1 的金相图可以看出, 试样中有不少析出物, 这些析出物具有较强的耐热性, 在本文的试验温度下不易溶解并成为阻碍晶界移动的应力集中源, 这成为限制稀土镁合金高温塑性的重要影响因素.
【参考文献】：
期刊论文
[1]Mg-Zn-Zr系生物镁合金研究现状及展望[J]. 李欢,文九巴,贺俊光,刘亚,师慧娜,徐大召. 材料热处理学报. 2019(07)
[2]Mg-7Gd-2.5Nd-0.5Zr耐热镁合金热变形行为[J]. 信彦辉,李全安. 材料热处理学报. 2018(01)
[3]高强稀土镁合金的研究与发展现状[J]. 孙博闻. 石化技术. 2017(12)
[4]挤压态Mg-3Al-3Zn-1Ti-0.6RE镁合金的高温拉伸变形行为[J]. 周明扬,苏鑫鑫,任凌宝,尹冬弟,权高峰,张英波. 稀有金属材料与工程. 2017(08)
[5]Mg-10Gd-4.8Y-0.6Zr镁合金热变形行为与加工图[J]. 肖宏超,刘楚明,徐璐,王霄,万迎春. 中国有色金属学报. 2013(02)
[6]高性能镁合金研究及应用的新进展[J]. 丁文江,吴玉娟,彭立明,曾小勤,林栋樑,陈彬. 中国材料进展. 2010(08)
本文编号：2976421
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