镁合金力学性能 - 论文答辩

1、AZ31镁合金动态塑性变形对拉镁合金动态塑性变形对拉 伸性能的影响伸性能的影响 答 辩 人： 魏小龙 学 号 ： 20083934 班 级 ：09 级材加2班 指导老师 ：张喜 燕 教授 论文题目： 课题课题研究研究背景背景： 镁合金是目前工程应用中镁合金是目前工程应用中比重最轻比重最轻的金属结构材料的金属结构材料; ; 3C3C产品产品 汽车行业汽车行业 航空航天等国防军航空航天等国防军 工工 通用机械通用机械 镁镁铝铝钢钢 密度密度g/cm3 1.82.77.9 比阻尼系数比阻尼系数 60%2%10% 除了优秀的力学性能外，还具除了优秀的力学性能外，还具 有有导热性好、电磁屏蔽能力强导热性

2、好、电磁屏蔽能力强的特的特 点点。 镁合金塑性加工中的问题：镁合金塑性加工中的问题： 由于由于加工成本加工成本的原因，现有镁合金产品中，变形镁金只占约的原因，现有镁合金产品中，变形镁金只占约 10%10%，急需发展最具市场潜力的，急需发展最具市场潜力的低成本挤压型材和轧制板材低成本挤压型材和轧制板材。 主要问题主要问题 易形变易形变 加工开加工开 裂裂 可承受可承受 的变形的变形 速率低速率低 精整矫直精整矫直 困难困难 成材率成材率 低低 解决途径解决途径 镁合金塑性变镁合金塑性变 形理论体系的形理论体系的 基础研究基础研究 塑性加工过程塑性加工过程 中组织精细化中组织精细化 控制控制 动态

3、塑性变形技术动态塑性变形技术： 动态塑性变形（动态塑性变形（Dynamic Plastic DeformationDynamic Plastic Deformation，简称，简称DPDDPD） 是指材料在是指材料在很高应变速率下很高应变速率下发生的塑性变形，通常这类变形发生发生的塑性变形，通常这类变形发生 在在高速撞击中高速撞击中。 镁合金镁合金在在室温下的强度较低，塑性也较差室温下的强度较低，塑性也较差，研究，研究DPDDPD对对镁合金镁合金 的影响可为的影响可为镁镁合金合金材料材料加工提供指导意见和方法，提升镁的工业加工提供指导意见和方法，提升镁的工业 价值。价值。 本论文着重研究的是本

4、论文着重研究的是AZ31AZ31镁合金镁合金 在在DPDDPD后，其后，其组织结构的变化组织结构的变化，以，以 及及DPDDPD后镁合金后镁合金不同方向上拉伸性不同方向上拉伸性 能的变化能的变化。 实验部分实验部分： u实验材料实验材料： 普通商用AZ31AZ31镁合金镁合金热轧板 坯 Al : 2.95% Zn: 0.94% Mn: 0.41% Si: 0.18% 其余为其余为MgMg 合金成分合金成分 u试验设备：试验设备： Instron Dynatup 8120落锤冲击试验机， 金相显微镜， SHIMADZU AG-X10KN拉伸机， X-射线衍射仪， 场发射扫描电子显微镜（配有EBS

5、D探头） 实验具体过程实验具体过程： ND RD TD 1. 从所选的从所选的AZ31镁合金板材上沿镁合金板材上沿 NDTD RD方向切取尺寸为方向切取尺寸为 2230 30/(1-)的实验用试样的实验用试样； 其中单位为mm， 为DPD变形量 2. 利用利用Instron Dynatup 8120落锤冲击落锤冲击 试验机试验机沿试样沿试样RD方向方向对其进行对其进行DPD 变形，应变速率约为变形，应变速率约为500s-1，利用模，利用模 具控制样品的应变量，分别得到具控制样品的应变量，分别得到1%、 3%、5%和和7%的变形样品；的变形样品； DPDDPD 实验具体过程实验具体过程： 3.

6、将将DPD后的样品进行后的样品进行去应力退火去应力退火； 然后然后在样品的在样品的ND-RD面和面和ND-TD面面 上分别切取切取上分别切取切取0和和90拉伸试样拉伸试样； 拉伸试样尺寸： 平行段：5.00mm， 宽 度：1.26mm， 厚 度：手工 打磨至 0.40mm 4. 对所取对所取DPD变形后的金相试样变形后的金相试样 进行进行打磨打磨、电化学抛光电化学抛光和和腐腐 蚀蚀 然后对腐蚀后的试样进行然后对腐蚀后的试样进行金金 相相 观察观察； 实验具体过程实验具体过程： 5. 在在SHIMADZU AG-X10KN拉伸机拉伸机 上对拉伸试样进行上对拉伸试样进行单轴拉伸试验单轴拉伸试验，

7、得到得到不同不同DPDDPD变形量变形量和和不同角度不同角度上的上的 拉伸曲线拉伸曲线； 6. 对拉伸后的试样进行对拉伸后的试样进行EBSD观察观察，断断 口观察口观察，记录拉伸后试样的，记录拉伸后试样的组织特征组织特征， 对实验结果进行对实验结果进行分析讨论分析讨论，得出，得出最终结最终结 论论，撰写论文，撰写论文。 实验结果和分析实验结果和分析 一一: : AZ31镁合金试样镁合金试样DPD前的初始组织状态前的初始组织状态： 从图从图1(a)中可以看出，中可以看出，变形前试样晶粒中变形前试样晶粒中没有孪生没有孪生， 而且晶粒大小也较为均匀，与通常的轧制态镁合金一而且晶粒大小也较为均匀，与通

8、常的轧制态镁合金一 样，变形前的试样具有样，变形前的试样具有强烈的强烈的0001基面织构基面织构。 图1. 试样DPD前EBSD微观组织 图2. 试样初始组织示意图 二二: : 试样试样DPD后组织后组织和和力学性能力学性能的变化的变化 1. DPD后试样的后试样的孪生情况孪生情况： u从图中可以看到，从图中可以看到，随着随着应变量应变量 的增加的增加，晶粒中出现，晶粒中出现孪生的现孪生的现 象也越来越多象也越来越多，这是因为变形，这是因为变形 量增大量增大,孪生的形核、长大也增多；孪生的形核、长大也增多； u7%的孪生体积分数明显少于的孪生体积分数明显少于 5%，这是因为变形量，这是因为变形

9、量超过一定超过一定 数值后数值后，原有孪生开始，原有孪生开始互相交互相交 叉生长和覆盖叉生长和覆盖； u除了产生大量的除了产生大量的10-12拉伸孪拉伸孪 晶外（红色线条）晶外（红色线条），还有产生，还有产生 了少量的了少量的压缩孪晶（紫色线条压缩孪晶（紫色线条）， 这是因为初始态这是因为初始态试样试样并不是理想并不是理想 状态的完全基面织构状态的完全基面织构。 试样在不同变形量下的EBSD成像图 2. DPD后试样后试样织构的变化织构的变化： 1%、3%、5%、7%变形量下试样0001极图 从从图中可以看出，图中可以看出，随着变形量的增加，随着变形量的增加， 原有的基面织构原有的基面织构在在

10、DPD冲击载荷冲击载荷作用下，作用下， 发生发生10-12拉伸孪生拉伸孪生的晶粒也越多的晶粒也越多，晶粒，晶粒 向向RD方向偏转方向偏转86.3，最终最终呈现出晶粒取呈现出晶粒取 向趋于向趋于平行平行RD方向方向。 DPD DPD ND RD TD 3. DPD后试样后试样0方向拉伸方向拉伸的力学性能：的力学性能： D P D 后后 0 拉拉 伸伸 1%、3%、5%、7%变形量下试样0拉伸极图, x轴为ND方 向. 0拉伸出现拉伸出现“退孪生退孪生” 现象，晶粒现象，晶粒重新平行于重新平行于ND 方向方向。 即0拉伸会使 D P D 时 发 生 10-12孪生的 那些晶粒恢复 原状。 不同变形

11、量0拉伸应力-应变曲线 u0拉伸试样在经历了一小段弹拉伸试样在经历了一小段弹 性变形后，出现了一大段性变形后，出现了一大段“上凹上凹 形形”曲线，这曲线，这就就是在是在0方向进方向进 行拉伸时行拉伸时“退孪生退孪生”所引起的现所引起的现 象。象。 0拉伸拉伸应力应力- -应变曲线：应变曲线： u在在退孪生结束退孪生结束之后，试样的之后，试样的孪孪 晶强化效果消失晶强化效果消失，其变形所需，其变形所需 的的应力应力也就也就降低降低，故曲线呈，故曲线呈下下 降降趋势趋势;而且而且随着随着DPD变形量的变形量的 增加增加，试样的，试样的屈服强度屈服强度和和延伸延伸 率率也增加也增加。 4. DPD后

12、试样后试样90方向拉伸方向拉伸的力学性能的力学性能: : D P D 后后 90 拉拉 伸伸 1%、3%、7%变形量下试样90拉伸极图， x轴为ND方向， z轴为RD方向. 90拉伸拉伸过程中，原过程中，原 始的始的DPD织构并没有被织构并没有被 改变改变，说明，说明90拉伸中拉伸中 不存在不存在“退孪生退孪生”活动活动。 90拉伸垂直于晶粒c 轴，会抑制10-12孪 生活动，而10-11压 缩孪生和非基面滑移 会被激活，主导整个 变形过程。 90拉伸拉伸应力应力- -应变曲线：应变曲线： 不同变形量90拉伸应力-应变曲线 随着随着DPD变形量的增变形量的增 大，试样的大，试样的屈服强度屈服强

13、度也相应也相应 的的增大增大，这是因为存在，这是因为存在10- 12孪生强化孪生强化机制，其在机制，其在DPD 变形过程中会变形过程中会形成孪晶界形成孪晶界以以 阻止位错的滑移阻止位错的滑移且且孪晶孪晶内部内部 也会形成也会形成位错纠缠位错纠缠，从而导，从而导 致了试样的致了试样的形变强化形变强化效果，效果， 引起了屈服强度的增大引起了屈服强度的增大。 90拉伸曲线不像0存 在“上凹段”，说明 90拉伸中不存在“退 孪生”活动。 结论结论 本文通过测定AZ31镁合金试样在1%、3%、5%和7%不同应 变量下，以及与DPD载荷方向呈0、90夹角拉伸后的组织结 构，来分析DPD变形对力学性能的影响

14、，得出以下几条结论： 1. 随着随着DPD变形量的增大，会引起大量的变形量的增大，会引起大量的10-12拉伸孪晶形拉伸孪晶形 核、长大，当应变量核、长大，当应变量大于一定数值时大于一定数值时，原有的孪晶会相互，原有的孪晶会相互 交叉、生长和覆盖，导致交叉、生长和覆盖，导致孪晶体积分数的减少孪晶体积分数的减少； 2. 在在DPD过过程中，随着变形量的增加，发生程中，随着变形量的增加，发生10-12孪生晶粒孪生晶粒 数目也越多，数目也越多，孪生孪生织构越来越强织构越来越强； 结论结论 3. DPD后试样进行后试样进行0方向拉伸方向拉伸（即平行于载荷方向），会发（即平行于载荷方向），会发“退退 孪生孪生”现象，从而使晶粒取向恢复到初始位置，