Y元素对镁织构及力学行为的影响研究

论文摘要

本实验通过对含有不同Y含量Mg-Y合金进行对比,研究了Y元素对镁热挤压过程中织构的形成和显微组织的影响;对热挤压后的纯镁和Mg-Y合金分别进行不同工艺的再结晶退火处理以使其晶粒尺寸达到一致,研究了退火后的纯镁和Mg-Y合金的静态和动态冲击下的力学行为。得出主要结论如下:在热挤压过程中,Y元素的添加对镁合金的织构和显微组织有显著的影响。挤压后的Mg-Y合金形成基面{0002}//ED织构,随着Y含量的增加基面{0002}织构逐渐增强且抑制再结晶的效果越明显,这种现象与在高温挤压过程中,随着Y含量的增加,促进锥面<c+a>滑移从而使晶粒的基面{0002}朝着平行于ED方向转动越来越容易有关。经过440°C不同时间的再结晶退火后,Mg-Y合金能够被处理成相同尺寸的等轴晶,而基面{0002}织构变得漫散。当镁中添加了2wt.%Y-4wt.%Y后,具有较好的延伸。当镁中含有4wt.%Y时,延伸率可达30%左右;而当Y含量达到6wt.%时,强度大幅提高,延伸率下降。分析认为,Y对镁力学性能的影响是由于Y促进<c+a>锥面滑移、第二相强化和固溶强化和织构综合作用的结果。纯镁的拉伸断口形貌表现出明显的解理断裂的河流花样。而经过空冷、水冷和炉冷后的Mg-Y合金的断口形貌则表现的是解理和韧窝的混合型断裂,经过空冷和水冷后的Mg-4Y合金断口中的韧窝要明显多于Mg-2Y和Mg-6Y。Mg-6Y合金的断口中显示出解理断裂倾向更为严重一些。由此可以表明,过量Y的加入限制了位错的滑移,使得塑性降低而强度升高。EBSD分析表明, Mg-2Y和Mg-4Y合金拉伸变形组织中含有的孪生晶粒的数目要明显多于Mg-6Y,且Mg-4Y合金中孪生晶粒数最多。绝大多数的孪晶类型为{10-12}<10-11>拉伸孪晶。在压缩变形中,当应变为20%时,Mg-Y合金的显微组织中都含有少量的孪晶而且孪晶多出现在较大的晶粒中。说明在压缩变形初期,在压应力的作用下激活了孪生并参与塑性变形。最终从压断后的显微组织中看出,Mg-2Y合金中出现的孪晶最多,说明Mg-2Y合金中有更多孪生变形参与了宏观塑性变形,而且Mg-6Y合金中的出现的孪生晶粒数最少。在压缩变形过程中大量的孪生用来协调进一步的滑移,所以在孪生和滑移的相互协调作用下使Mg-2Y和Mg-4Y合金的压缩应变量远远大于Mg-6Y合金,且Mg-2Y合金的压缩应变量最大。通过计算得出轴向压缩和拉伸条件下孪生变体的Schmid因子（Schmid factor ,简称SF）在取向三角形的分布。从Schmid因子分布图可知,在镁合金中当外加压应力平行于<0001>晶向时压缩孪晶的SF值达到最大值,而拉伸孪晶的SF值为负值说明拉伸孪晶不能被激活;当拉应力平行于<0001>晶向时拉伸孪晶6个变体的SF值均达到最大值,说明在一定的外力作用下该6个拉伸孪晶变体均可以被很容易被激活,但是压缩孪晶的SF值为负值说明压缩孪晶不能被激活。Mg-Y合金在应变率为600/s和1250/s下冲击时,在纯镁的显微组织中都发现了大量的孪生晶粒而Mg-Y合金中则很难发现孪生晶粒。在冲击过程中产生绝热温升以及稀土Y的添加可能导致柱面和棱锥面滑移的启动,所以在Mg-Y合金显微组织中很难发现孪生晶粒;而纯镁中则没有激活足够的滑移系来协调变形,从而产生了大量的孪生晶粒。当应变率为1250/s时,Mg-Y合金的最大应变量可达到27%左右,冲击后的部分晶粒变成了扁条状。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 镁的特性
• 1.3 镁合金塑性变形
• 1.3.1 晶体内部的变形机制
• 1.3.2 晶粒间的变形机制
• 1.4 镁合金织构
• 1.4.1 织构的含义及其研究意义
• 1.4.2 织构的研究手段与发展现状
• 1.4.3 影响镁合金织构的因素
• 1.4.4 镁合金织构及其对力学行为的影响
• 1.5 稀土元素对镁合金力学行为的影响
• 1.6 本文研究的目的与内容
• 第2章 实验方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验过程
• 2.2.1 热挤压及再结晶退火
• 2.2.2 金相观察
• 2.2.3 X-射线衍射分析
• 2.2.4 EBSD 分析
• 2.2.5 常规力学性能测试
• 2.2.6 快速冲击动态力学性能测试
• 第3章 挤压过程中组织及织构转变特征
• 3.1 铸锭宏观组织
• 3.2 挤压后组织及织构
• 3.3 Mg-Y 合金再结晶组织与织构转变
• 3.4 Y 元素对织构形成的影响分析讨论
• 第4章 Mg-Y 合金的静态力学行为.
• 4.1 Mg-Y 合金的静态力学性能
• 4.2 Y 元素对拉伸力学性能的影响分析讨论
• 4.3 Y 元素对压缩力学性能的影响分析讨论
• 4.4 轴向压缩和拉伸条件下 Schmid 因子及织构对变形机制的影响
• 第5章 Mg-Y 合金的动态力学行为
• 5.1 动态冲击应力-应变分析原理
• 5.2 镁及 Mg-Y 合金动态力学行为及分析讨论
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文