动态塑性变形对镁和AZ31镁合金力学性能的影响

论文摘要

动态塑性变形可以实现材料的高速变形,通过简单调节工艺参数就可方便控制形变试样的微观组织特征,从而达到控制相关性能的目的,目前,已经利用动态塑性变形技术制备出了多种面心立方金属合金纳米/超细晶结构材料。镁及镁合金在室温的变形能力较差,本文研究镁及其合金在动态塑性变形时的变形机理,和动态塑性变形后的力学性能,试图通过动态塑性变形制备细晶镁及镁合金,从而提高材料的力学性能。采用对比试验研究动态塑性变形前后纯镁及AZ31镁合金的力学性能变化,通过测试了拉伸性能和硬度,并借助金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜和背散射电子衍射技术研究材料力学性能变化的主要微观机制。纯镁动态塑性变形前的状态为热压退火态,室温动态塑性变形后不经过退火,为研究动态塑性变后纯镁力学性能的变化,本文引入了室温下的准静态压缩试验,补充研究动态塑性变形对纯镁力学性能的影响。纯镁的拉伸试验中采用了5种应变速率,热压退火态按拉伸轴与试样C轴之间的夹角,将试样分为0°、30°、60°和90°等4种角度的拉伸试样,动态塑性变形试验中,按加载力方向与试样C轴之间的夹角,也分为0°、30°、60°和90°试样,动态塑性变形后纯镁的拉伸方向均与试样在动态塑性变形时外力的加载方向垂直,室温准静态压缩试验与动态塑性变形相似,拉伸试验也一致。AZ31镁合金动态塑性变形前的状态是热轧退火态,试样内没有孪晶,有粗大的晶粒存在,并有较强的织构,所有拉伸试验均在0.01%/s、0.1%/s和1%/s等3种应变速率下进行,热轧退火态试样的拉伸实验与热压退火态纯镁相似,也按拉伸轴与试样C轴之间的夹角,将试样分为0°、30°、60°和90°等4种角度的拉伸试样,动态塑性变形时外力的加载方向与试样的C轴垂直,不同动态塑性变形应变后的AZ31镁合金拉伸试样按拉伸轴与动态塑性变形时外力的加载方向之间的夹角,分为0°、30°、60°和90°等4种角度。研究表明,纯镁发生8%的动态塑性变形后,各角度试样都具有基面织构特征,织构的C轴与动态塑性变形时外力的加载方向平行,90°纯镁试样形成了孪晶/基体的片层组织,片层厚度约5μm,晶粒尺寸略有减小,且分布较均匀,动态塑性变形后纯镁具有最高的抗拉强度和硬度值,延伸率降低,但90°纯镁试样动态塑性变形后壁室温压缩后的延伸率较大。AZ31镁合金发生不同应变量的动态塑性变形后,屈服强度和抗拉强度都升高,当动态塑性变形5%后90°试样的强度和延伸率都被提高,其它动态塑性变形应变量下的延伸率有不同程度的减小,同时,动态塑性变形变形量较小时,试样的断裂脆性得到改善。动态塑性变形后纯镁和AZ31镁合金强度的增加主要原因有3个,即动态塑性变形后晶粒内有较高密度的位错、高密度的孪晶界和粗大晶粒的细化,动态塑性变形对纯镁和AZ31镁合金延伸率的影响主要是通过高密度的位错滑移,和位错与孪晶之间的交互作用调节材料的塑性,另外,动态塑性变形使粗大的晶粒细化,有很好的细晶强化作用,也能够提高材料的塑性。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 本课题的研究背景与意义
• 1.2 镁及其合金
• 1.2.1 HCP 结构金属的变形机制
• 1.2.2 镁及其金属的力学性能
• 1.2.3 影响镁及其合金力学性能的因素
• 1.3 动态塑性变形
• 1.3.1 材料在高应变速率下的变形
• 1.3.2 动态塑性变形的特点
• 1.4 本课题的研究方法与内容
• 2 动态塑性变形前后纯镁的力学性能
• 2.1 初始态纯镁的制备
• 2.2 初始态纯镁的组织与力学性能
• 2.2.1 组织观察与分析
• 2.2.2 硬度测试
• 2.2.3 单向拉伸试验
• 2.2.4 断口扫描分析
• 2.3 初始态纯镁的动态塑性变形
• 2.4 动态塑性变形后纯镁的组织与力学性能
• 2.4.1 组织观察与分析
• 2.4.2 硬度测试
• 2.4.3 单向拉伸试验
• 2.4.4 断口扫描分析
• 2.5 室温压缩变形后纯镁的力学性能实验
• 2.5.1 硬度测试
• 2.5.2 单向拉伸试验
• 2.5.3 断口扫描分析
• 2.6 本章小结
• 3 动态塑性变形前后 AZ31 镁合金的力学性能
• 3.1 初始态AZ31 镁合金的组织与力学性能
• 3.1.1 组织观察与分析
• 3.1.2 硬度测试
• 3.1.3 单向拉伸试验
• 3.1.4 断口扫描分析
• 3.2 初始态AZ31 镁合金的动态塑性变形
• 3.3 动态塑性变形后AZ31 镁合金的组织与力学性能
• 3.3.1 组织观察与分析
• 3.3.2 硬度测试
• 3.3.3 单向拉伸试验
• 3.3.4 断口扫描分析
• 3.4 本章小结
• 4 动态塑性变形对纯镁和 AZ31 镁合金力学性能的影响
• 4.1 动态塑性变形对纯镁力学性能的影响
• 4.1.1 组织变化
• 4.1.2 硬度变化
• 4.1.3 强度变化
• 4.1.4 延伸率变化
• 4.1.5 断口特征变化
• 4.2 动态塑性变形对AZ31 镁合金力学性能的影响
• 4.2.1 组织变化
• 4.2.2 硬度和断口特征
• 4.2.3 强度和延伸率变化
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录