镁合金力学性能 - 论文答辩

AZ31镁合金动态塑性变形对拉伸性能的影响

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：课题研究背景：镁合金是目前工程应用中比重最轻的金属结构材料;镁合金3C产品汽车行业航空航天等国防军工通用机械镁铝钢密度g/cm31.82.77.9比阻尼系数~60%~2%~10%除了优秀的力学性能外，还具有导热性好、电磁屏蔽能力强的特点。镁合金塑性加工中的问题：

由于加工成本的原因，现有镁合金产品中，变形镁金只占约10%，急需发展最具市场潜力的低成本挤压型材和轧制板材。主要问题易形变加工开裂可承受的变形速率低精整矫直困难成材率低解决途径镁合金塑性变形理论体系的基础研究塑性加工过程中组织精细化控制动态塑性变形技术：

动态塑性变形（DynamicPlasticDeformation，简称DPD）是指材料在很高应变速率下发生的塑性变形，通常这类变形发生在高速撞击中。

镁合金在室温下的强度较低，塑性也较差，研究DPD对镁合金的影响可为镁合金材料加工提供指导意见和方法，提升镁的工业价值。

本论文着重研究的是AZ31镁合金在DPD后，其组织结构的变化，以及DPD后镁合金不同方向上拉伸性能的变化。实验部分：实验材料：普通商用AZ31镁合金热轧板坯Al:2.95%Zn:0.94%Mn:0.41%Si:0.18%其余为Mg合金成分试验设备：

InstronDynatup8120落锤冲击试验机，

金相显微镜，

SHIMADZUAG-X10KN拉伸机，

X-射线衍射仪，

场发射扫描电子显微镜（配有EBSD探头）实验具体过程：NDRDTD1.从所选的AZ31镁合金板材上沿ND×TD×RD方向切取尺寸为22×30×30/(1-ε)的实验用试样；其中单位为mm，ε为DPD变形量2.利用InstronDynatup8120落锤冲击试验机沿试样RD方向对其进行DPD变形，应变速率约为500s-1，利用模具控制样品的应变量，分别得到1%、3%、5%和7%的变形样品；DPDDPD实验具体过程：3.将DPD后的样品进行去应力退火；

然后在样品的ND-RD面和ND-TD面

上分别切取切取0°和90°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

0.40mm4.对所取DPD变形后的金相试样进行打磨、电化学抛光和腐蚀

然后对腐蚀后的试样进行金相

观察；实验具体过程：5.在SHIMADZUAG-X10KN拉伸机

上对拉伸试样进行单轴拉伸试验，得到不同DPD变形量和不同角度上的拉伸曲线；6.对拉伸后的试样进行EBSD观察，断

口观察，记录拉伸后试样的组织特征，

对实验结果进行分析讨论，得出最终结

论，撰写论文。实验结果和分析一:AZ31镁合金试样DPD前的初始组织状态：

从图1(a)中可以看出，变形前试样晶粒中没有孪生，而且晶粒大小也较为均匀，与通常的轧制态镁合金一样，变形前的试样具有强烈的{0001}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:试样DPD后组织和力学性能的变化1.DPD后试样的孪生情况：从图中可以看到，随着应变量

的增加，晶粒中出现孪生的现

象也越来越多，这是因为变形

量增大,孪生的形核、长大也增多；7%的孪生体积分数明显少于5%，这是因为变形量超过一定

数值后，原有孪生开始互相交

叉生长和覆盖；除了产生大量的{10-12}拉伸孪

晶外（红色线条），还有产生

了少量的压缩孪晶（紫色线条），

这是因为初始态试样并不是理想

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后试样织构的变化：

1%、3%、5%、7%变形量下试样{0001}极图

从图中可以看出，随着变形量的增加，原有的基面织构在DPD冲击载荷作用下，发生{10-12}拉伸孪生的晶粒也越多，晶粒向RD方向偏转86.3°，最终呈现出晶粒取向趋于平行RD方向。DPDDPDNDRDTD

3.DPD后试样0°方向拉伸的力学性能：

DPD后0°拉伸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“退孪生”现象，晶粒重新平行于ND方向。即0°拉伸会使DPD时发生{10-12}孪生的那些晶粒恢复原状。不同变形量0°拉伸应力-应变曲线0°拉伸试样在经历了一小段弹

性变形后，出现了一大段“上凹

形”曲线，这就是在0°方向进

行拉伸时“退孪生”所引起的现

象。0°拉伸应力-应变曲线：在退孪生结束之后，试样的孪

晶强化效果消失，其变形所需

的应力也就降低，故曲线呈下

降趋势;而且随着DPD变形量的

增加，试样的屈服强度和延伸

率也增加。4.DPD后试样90°方向拉伸的力学性能:DPD后90°拉伸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°拉伸过程中，原始的DPD织构并没有被改变，说明90°拉伸中不存在“退孪生”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°拉伸应力-应变曲线：不同变形量90°拉伸应力-应变曲线

随着DPD变形量的增大，试样的屈服强度也相应的增大，这是因为存在{10-12}孪生强化机制，其在DPD变形过程中会形成孪晶界以阻止位错的滑移且孪晶内部也会形成位错纠缠，从而导致了试样的形变强化效果，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，得出以下几条结论：1.随着DPD变形量的增大，会引起大量的{10-12}拉伸孪晶形核、长大，当应变量大于一定数值时，原有的孪晶会相互交叉、生长和覆盖，导致孪晶体积分数的减少；2.在DPD过程中，随着变形量的增加，发生{10-12}孪生晶粒数目也越多，孪生织构越来越强；结论3.DPD后试样进行0°