挤压变形Mg-Al和Mg-Zn系镁合金的力学行为

论文摘要

由于镁合金在降低产品重量、节省能源及增强产品可靠性等方面所具有的优势，镁合金的开发应用引起了人们的高度重视。近年来，随着汽车工业和电子工业的迅速发展，大量的镁合金结构件被生产出来，代替塑料、铝合金甚至钢制零件，预计镁合金将成为本世纪最重要的商用轻质金属结构材料。由于变形镁合金比铸造镁合金具有更高的强度和塑性，因此，变形镁合金已经在镁质材料的未来广泛应用中呈现出越来越大的潜力。显然，针对变形镁合金的组织、结构与性能开展研究不仅可为新型变形镁合金的开发奠定理论基础，也可为变形镁合金结构件的安全设计和合理使用提供可靠的理论依据。为此，本文主要针对不同加工处理状态的挤压变形AM50和AZ91合金的拉伸行为和低周疲劳行为进行了研究，确定了试验温度和热处理对挤压变形AM50和AZ91合金的拉伸性能和疲劳性能的影响。此外，还针对挤压变形AZ81合金以及等通道转角挤压ZK40合金的超塑性变形行为进行了研究，并探讨了试验温度对两种合金的超塑性能的影响以及相应的超塑性变形机制。 拉伸行为研究结果表明，随着试验温度的升高，不同加工处理状态的挤压变形AM50和AZ91合金的抗拉强度和屈服强度降低，而断裂伸长率则不断增大。经固溶处理（T4）的挤压变形AM50和AZ91合金的晶粒发生了长大，导致力学性能有所下降；若固溶处理后再进行时效处理（T6），因为有弥散细小的第二相(Mg17Al12)析出，可起到强化作用，两种合金的抗拉强度和屈服强度得以提高；热挤压后直接进行人工时效处理（T5），可导致强化相析出，故可有效地提高AM50合金的室温和高温拉伸性能以及AZ91合金的室温拉伸性能。对不同加工处理状态的挤压变形AM50和AZ91合金的拉伸断口形貌分析显示，室温下，合金表现出韧性和脆性混合断裂特征，而在高温下，韧窝数量多且较深，可以确定合金基本发生韧性断裂。 低周疲劳行为研究结果表明，挤压变形AM50与AZ91镁合金的循环应力响应行为与外加总应变幅及其加工处理状态密切相关。在较大的外加总应变幅下，不同加工处理状态的挤压变形镁合金可表现为循环应变硬化及循环稳定；而在较低的外加总应变幅下，这些合金在疲劳变形初期常表现为循环稳定，甚至呈现循环软化，但是在疲劳变形后期则发生比较明显的循环应变硬化；固溶处理和时效处理均可在一定程度上改变挤压变形AM50与AZ91镁合金的循环应力响应行为。对于不同加工处理状态的挤压变形AM50与AZ91镁合金而言，其弹性应变幅、塑性应变幅与断裂时的反向循环周次之间的关系表现为单斜率线性行为，并分别服从Basquin和Coffin-Manson公式。在较高的外加总应变幅下，两种挤压变形镁合金的循环滞后回线上对应于压缩变形部分的宽度明

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 变形镁合金概述
• 1.1 镁及变形镁合金的性能特点
• 1.1.1 晶体特性
• 1.1.2 物理性能
• 1.1.3 化学性能
• 1.1.4 力学性能
• 1.1.5 切削加工性能
• 1.2 变形镁合金的分类、牌号
• 1.2.1 变形镁合金的分类
• 1.2.2 变形镁合金的牌号
• 1.3 变形镁合金的化学成分
• 1.3.1 变形镁合金的化学成分特点
• 1.3.2 合金元素在镁合金中的作用
• 1.4 镁合金的应用
• 1.4.1 在汽车工业中的应用
• 1.4.2 在电子工业中的应用
• 1.4.3 在国防军工领域中的应用
• 1.4.4 在其他领域中的应用
• 1.5 镁合金的挤压变形及热处理
• 1.6 挤压变形镁合金的力学性能
• 1.6.1 静拉伸力学性能
• 1.6.2 交变载荷作用下的性能—疲劳
• 1.7 本课题的提出
• 2 挤压变形镁合金（AM50、AZ91）的静拉伸行为
• 2.1 试验材料及试验方法
• 2.1.1 试验材料的成分
• 2.1.2 热挤压处理工艺
• 2.1.3 热处理规范
• 2.1.4 显微组织特征
• 2.1.5 拉伸试验
• 2.1.6 拉伸断口形貌的扫描电镜（SEM）观察
• 2.2 试验内容与结果
• 2.2.1 铸态及热挤压态镁合金的室温拉伸性能
• 2.2.2 挤压变形镁合金（AM50、AZ91）经热处理后的拉伸性能
• 2.2.3 拉伸断口的形貌分析
• 2.3 讨论
• 2.3.1 挤压变形镁合金的显微组织特点—等轴细晶粒
• 2.3.2 热挤压对镁合金拉伸性能的影响
• 2.3.3 热处理对挤压变形镁合金拉伸性能的影响
• 2.3.4 试验温度对挤压变形镁合金拉伸性能的影响
• 2.3.5 镁合金的拉伸变形机制
• 2.3.6 镁合金的拉伸断裂机制
• 2.4 本章小结
• 3 挤压变形镁合金（AM50、AZ91）的低周疲劳行为
• 3.1 试验材料及试验方法
• 3.1.1 试验材料的成分、制备及显微组织特征
• 3.1.2 低周疲劳试验
• 3.1.3 低周疲劳断口形貌的扫描电镜（SEM）观察
• 3.2 挤压变形AM50合金的低周疲劳行为
• 3.2.1 挤压变形AM50镁合金的循环应力响应行为
• 3.2.2 挤压变形AM50镁合金的低周疲劳寿命行为
• 3.3 挤压变形AZ91镁合金的低周疲劳行为
• 3.3.1 挤压变形AZ91镁合金的循环应力响应行为
• 3.3.2 挤压变形AZ91镁合金的低周疲劳寿命行为
• 3.4 挤压变形镁合金的循环滞后回线
• 3.5 低周疲劳断口形貌分析
• 3.6 拉伸滞后能与低周疲劳寿命
• 3.7 讨论
• 3.7.1 挤压变形镁合金的循环应力响应行为
• 3.7.2 挤压变形镁合金的疲劳寿命行为
• 3.7.3 挤压变形镁合金的拉、压不对称循环变形行为
• 3.7.4 挤压变形镁合金疲劳变形期间的动态应变时效
• 3.7.5 挤压变形镁合金的疲劳断裂行为
• 3.8 本章小结
• 4 挤压变形镁合金（AZ81、ZK40）的超塑性变形行为
• 4.1 超塑性的基本概念、机制与发展方向
• 4.1.1 超塑性成形概念
• 4.1.2 超塑性分类
• 4.1.3 变形镁合金超塑性性能的获得
• 4.1.4 镁合金超塑性变形机制
• 4.1.5 超塑性镁合金的发展方向
• 4.2 试验材料与试验方法
• 4.2.1 试验材料的成分
• 4.2.2 镁合金的热挤压和等通道转角挤压处理
• 4.2.3 显微组织特征
• 4.2.4 超塑性变形试验
• 4.2.5 超塑性变形样品表面形貌的扫描电镜（SEM）观察
• 4.3 挤压变形AZ81合金的超塑性变形行为
• 4.4 等通道转角挤压ZK40合金的超塑性变形行为
• 4.4.1 超塑性变形行为
• 4.4.2 超塑性变形过程中的动态应变时效（DSA）
• 4.5 挤压变形AZ81合金的超塑性变形机制
• 4.5.1 超塑性流变激活能
• 4.5.2 应变速率敏感性指数
• 4.5.3 超塑性变形机制
• 4.6 等通道转角挤压ZK40合金的晶粒细化与超塑性
• 4.6.1 等通道转角挤压ZK40合金的晶粒细化
• 4.6.2 晶界扩散与超塑性
• 4.7 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 致谢
• 主要创新点摘要
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书