镁合金室温拉伸压缩屈服不对称性的研究

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拉伸压缩屈服不对称作为一种有趣的力学性能现象,在镁及镁合金等许多金属材料中都存在。这种不对称现象是镁合金广泛应用时需考虑的因素之一,尤其是产品同时受到相反方向载荷的时候,如车辆。同时,具有密排六方(HCP)结构的镁合金在常温下可启动的滑移系数目比较少,大大降低了镁合金的塑性,限制了镁合金的推广。因此变形镁合金拉伸压缩塑性变形及其常温屈服不对称性能的研究是镁合金领域的重要课题之一。本论文从铝含量和热处理方式两个方面研究了常温下镁合金的拉伸压缩屈服不对称性。以更符合实际应用的挤压态镁合金AZ31、AZ61、AZ80和固溶处理(T4)及时效处理(T6)下的挤压态AZ80作为主要研究对象,通过组织观察(OM)、X射线衍射分析(XRD)、电子背散射衍射(EBSD)等检测技术,讨论分析了铝含量和不同热处理对孪生及拉压屈服不对称性的影响。主要研究结果如下:在{10-12}拉伸孪生的原子运动QPAG单元模型的基础上,对孪生过程中原子运动进行了描述。研究发现孪生中原子运动可以归结为QPAG单元的旋转。同时,通过对原子位移矢量进行计算,建立了拉伸孪生原子运动与轴比的关系,并将其运用到后续研究中。这是本论文的一个创新点。对三种规格相同的AZ31、AZ61、AZ80挤压态镁合金进行室温拉伸和压缩变形。AZ31、AZ61、AZ80的CYS/TYS为分别为0.48、0.56、0.65,表明随着Al含量增加,拉压不对称性得到改善。通过OM、EBSD及XRD分析表明,挤压态AZ系镁合金拉伸压缩屈服不对称性可以归结于拉伸、压缩之间的{10-12}拉伸孪生发生率的不同。随着Al含量的增加,{10-12}孪生受到抑制,拉压屈服时孪晶量的差别逐渐减小,其不对称性得到改善。另一方面,铝含量对孪生影响可以归结到三个方面:一是铝的添加改变晶体晶格常数。根据{10-12}孪生原子运动与轴比的关系,计算结果表明,Al含量增加,抑制了孪生本身的运动,增加了孪生行为发生的难度;二是由于Al的添加,使组织变均匀,晶粒尺寸变小,从而抑制了孪生;三是过量铝的添加会在晶界析出第二相,这些析出相也或多或少的影响着孪生行为。挤压态AZ80经过固溶处理后,原弥散在晶界处的第二相融进基体,而时效处理后,在晶界和晶粒内部都聚集了大量的析出相。挤压态、固溶态和时效态的CYS/CTS分别为0.65,0.67,0.78,表明时效处理是一种有效的改善不对称性的方式。通过{10-12}孪生原子运动与轴比的关系,表明固溶处理中合金元素固溶进基体,对{10-12}孪生起抑制作用,而固溶处理中晶粒的长大对孪生却呈现相反的作用。这可以解释为什么固溶处理不能有效的改善挤压态镁合金的拉压不对称性。另一方面,同等压缩量(3%)后,时效态试样中的孪晶量明显比固溶态中的少,且孪晶变得狭窄,细小。根据孪生行为受到明显的抑制作用的特点,提出了第二相与孪晶界交互作用的模型,这是本文的另一个创新点。运用此模型探讨分析了第二相对孪生的影响,从而解释时效处理为何能显著改善镁合金拉压屈服不对称。
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