【摘要】：鎂合金的強韌性偏低限制了鎂合金的工業(yè)化應用。近20年來,針對鎂合金塑韌性的改善展開了廣泛而深入的研究并取得了較大的進展,通過合金化、織構(gòu)優(yōu)化、晶粒細化等手段使鎂合金的靜態(tài)力學性能得到大幅度提高。但是因為鎂合金密排六方的晶體結(jié)構(gòu),晶間各向異性明顯,鎂合金的微觀組織均勻性對晶間變形行為以及后續(xù)斷裂都具有重要的影響。研究晶粒大小、晶粒分布梯度與鎂合金變形行為的相關性具有重要的意義。本課題通過控制攪拌摩擦加工及退火工藝,制備了織構(gòu)類型相似、晶粒大小及分布不同的Mg-8%Gd-3%Y(wt.%)(GW83)鎂合金樣品。通過原位掃描電鏡(SEM)技術、原位背散射電子衍射(EBSD)技術并結(jié)合數(shù)字圖像相關(DIC)技術,研究含梯度組織結(jié)構(gòu)的多晶體GW83鎂合金的塑性變形行為,重點關注鎂合金晶粒大小、分布與晶間變形協(xié)調(diào)及宏觀變形行為的相關性,主要結(jié)論如下:通過控制攪拌摩擦加工及退火工藝,獲得了兩種粗、細晶組織,晶粒度分別為8μm和80μm;以及不同比例的梯度分布組織,分別為:包含粗晶層-細晶層雙層結(jié)構(gòu)的樣品,細晶分數(shù)為85.91%;包含粗晶層-細晶層雙層結(jié)構(gòu)的樣品,細晶分數(shù)為81.97%;包含細晶層-粗晶層-細晶層三層結(jié)構(gòu)的樣品,細晶分數(shù)為80.75%。鎂合金粗、細晶組織的織構(gòu)類型相似,計算表明,其對應于基面a滑移、柱面a滑移及錐面c+a滑移的Schmid因子值相近,合金都以基面滑移為主要的變形模式。晶粒細化后,晶間取向差略微減小。進一步研究含不同組織的鎂合金的力學性能,結(jié)果顯示:8μm級別的細晶GW83鎂合金的延伸率為28%,而80μm級別的粗晶GW83鎂合金的延伸率為14.6%,表明晶粒細化明顯提高GW83鎂合金的延伸率。另外,不同梯度結(jié)構(gòu)對于鎂合金力學性能也有重要的影響,對于含梯度組織的GW83鎂合金,具有較寬過渡區(qū)的梯度材料延伸率達到23.7%,而過渡區(qū)較窄的梯度材料延伸率只有16.01%,表明細晶層-粗晶層的過渡區(qū)越寬,合金的延伸率更高。對比雙層梯度組織及三層梯度組織的GW83合金的力學性能,結(jié)果顯示細晶層-粗晶層-細晶層的三層結(jié)構(gòu)鎂合金樣品具有26.89%的延伸率;而細晶層-粗晶層雙層結(jié)構(gòu)鎂合金樣品只具有23.7%的延伸率。結(jié)果表明:細晶層-粗晶層區(qū)域交錯彌散分布的梯度結(jié)構(gòu)更有利于GW83鎂合金延伸率的提高。通過原位SEM、原位EBSD技術并結(jié)合DIC表征,討論了GW83鎂合金中梯度組織結(jié)構(gòu)與晶內(nèi)變形模式、晶間滑移傳遞與最終變形行為的相關性。在單向加載條件下,原位SEM、原位EBSD分析數(shù)據(jù)表明,粗細晶組織的晶間變形行為差異主要體現(xiàn)在晶間滑移傳遞。相同的變形量下,在細晶組織區(qū)域,有69.5%的晶粒間觀察到了滑移傳遞;而粗晶區(qū)域中滑移傳遞的比例只有40%。DIC表征也同時表明,同一樣品中,細晶區(qū)能協(xié)調(diào)更大的局部應變,比粗晶區(qū)高34.1%。粗晶區(qū)中可觀察到局部的應變集中,而細晶區(qū)變形更加均勻。由于粗細晶組織對于的Schmid因子值接近,晶內(nèi)變形模式類似,滑移傳遞的差異性主要來源于晶粒間的位向關系。通過計算晶間變形協(xié)調(diào)因子m'的值表明,發(fā)生滑移傳遞的晶粒對所對應滑移系的變形協(xié)調(diào)因子均大于0.5。而細晶粒區(qū)域的晶間位向關系對應了更高的m'值,所以細晶粒區(qū)有更高比例的晶間滑移傳遞,細晶粒區(qū)能夠協(xié)調(diào)更大的局部應變。所以對于具有三層結(jié)構(gòu)的合金樣品,位于變形區(qū)兩側(cè)的細晶區(qū),變形協(xié)調(diào)性更加優(yōu)異,能延緩微裂紋的產(chǎn)生及擴展,從而進一步提高材料的延伸率。
【圖文】：

圖 1-1 密排六方材料孿生切應力與軸比間的關系[29]Curve of Twinning shear vs. axial ratio of several Hexagonal close pac 反映了不同孿生的孿生慣習面、旋轉(zhuǎn)軸及旋轉(zhuǎn)角[25]。軸角位向關系。相應地，利用軸角對也可以標定出材料中發(fā)生表 1-2 鎂合金中 孿生類 的孿生慣習面及軸角對[25]inning plane, rotation angle and axis of different twinning types in ma型 孿生面 旋轉(zhuǎn)角 晶 {10-12} 86° 生 {10-11} 56° {10-13} 64° 生 {10-11}-{10-12} 38° {10-13}-{10-12} 22° 形協(xié)調(diào)機制

是具有密排六方結(jié)構(gòu)的鎂合金，室溫變形條件下可開程度上取決于晶體的取向，有很強的方向依賴性。對的鎂合金，已經(jīng)無法有效利用 Schmid 定律對滑移或?qū)\[40]通過研究強織構(gòu)的純鎂（織構(gòu)強度為 31.171 倍隨機0 鎂合金（織構(gòu)強度為 17.777 倍于隨機織構(gòu)）變形過id 因子后發(fā)現(xiàn)：對于強織構(gòu)的純鎂多晶體，，材料中的。材料變形過程中更加類似于單晶體的變形模式。而弱分布較為彌散，單個晶粒的變形極大的受到周圍晶粒影鎂合金變形過程中開動拉伸孿生晶粒的 Schmid 因子與出，強織構(gòu)的純鎂產(chǎn)生拉伸孿生的體積分數(shù)與該晶粒的相關的關系。晶粒 Schmid 因子越大，孿生開動的比例鎂合金孿生開動的體積分數(shù)與晶粒的 Schmid 因子未見織構(gòu)的多晶體晶粒變形過程中，極大的受到周圍晶粒用和變形協(xié)調(diào)能力，在很大程度上影響了材料整體的塑
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG146.22

【參考文獻】

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本文編號：2595334