【摘要】：鎂合金的強(qiáng)韌性偏低限制了鎂合金的工業(yè)化應(yīng)用。近20年來,針對(duì)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(jìn)展,通過合金化、織構(gòu)優(yōu)化、晶粒細(xì)化等手段使鎂合金的靜態(tài)力學(xué)性能得到大幅度提高。但是因?yàn)殒V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(duì)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(guān)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(shù)、原位背散射電子衍射(EBSD)技術(shù)并結(jié)合數(shù)字圖像相關(guān)(DIC)技術(shù),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(diǎn)關(guān)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(guān)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(xì)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(xì)晶層雙層結(jié)構(gòu)的樣品,細(xì)晶分?jǐn)?shù)為85.91%;包含粗晶層-細(xì)晶層雙層結(jié)構(gòu)的樣品,細(xì)晶分?jǐn)?shù)為81.97%;包含細(xì)晶層-粗晶層-細(xì)晶層三層結(jié)構(gòu)的樣品,細(xì)晶分?jǐn)?shù)為80.75%。鎂合金粗、細(xì)晶組織的織構(gòu)類型相似,計(jì)算表明,其對(duì)應(yīng)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(xì)化后,晶間取向差略微減小。進(jìn)一步研究含不同組織的鎂合金的力學(xué)性能,結(jié)果顯示:8μm級(jí)別的細(xì)晶GW83鎂合金的延伸率為28%,而80μm級(jí)別的粗晶GW83鎂合金的延伸率為14.6%,表明晶粒細(xì)化明顯提高GW83鎂合金的延伸率。另外,不同梯度結(jié)構(gòu)對(duì)于鎂合金力學(xué)性能也有重要的影響,對(duì)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(dá)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(xì)晶層-粗晶層的過渡區(qū)越寬,合金的延伸率更高。對(duì)比雙層梯度組織及三層梯度組織的GW83合金的力學(xué)性能,結(jié)果顯示細(xì)晶層-粗晶層-細(xì)晶層的三層結(jié)構(gòu)鎂合金樣品具有26.89%的延伸率;而細(xì)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(xì)晶層-粗晶層區(qū)域交錯(cuò)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(shù)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(guān)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(xì)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(xì)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(shí)表明,同一樣品中,細(xì)晶區(qū)能協(xié)調(diào)更大的局部應(yīng)變,比粗晶區(qū)高34.1%。粗晶區(qū)中可觀察到局部的應(yīng)變集中,而細(xì)晶區(qū)變形更加均勻。由于粗細(xì)晶組織對(duì)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(guān)系。通過計(jì)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(duì)所對(duì)應(yīng)滑移系的變形協(xié)調(diào)因子均大于0.5。而細(xì)晶粒區(qū)域的晶間位向關(guān)系對(duì)應(yīng)了更高的m'值,所以細(xì)晶粒區(qū)有更高比例的晶間滑移傳遞,細(xì)晶粒區(qū)能夠協(xié)調(diào)更大的局部應(yīng)變。所以對(duì)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(xì)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(kuò)展,從而進(jìn)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(yīng)力與軸比間的關(guān)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(xí)面、旋轉(zhuǎn)軸及旋轉(zhuǎn)角[25]。軸角位向關(guān)系。相應(yīng)地，利用軸角對(duì)也可以標(biāo)定出材料中發(fā)生表 1-2 鎂合金中 孿生類 的孿生慣習(xí)面及軸角對(duì)[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(jī)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(qiáng)的方向依賴性。對(duì)的鎂合金，已經(jīng)無法有效利用 Schmid 定律對(duì)滑移或?qū)\[40]通過研究強(qiáng)織構(gòu)的純鎂（織構(gòu)強(qiáng)度為 31.171 倍隨機(jī)0 鎂合金（織構(gòu)強(qiáng)度為 17.777 倍于隨機(jī)織構(gòu)）變形過id 因子后發(fā)現(xiàn)：對(duì)于強(qiáng)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(gè)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(dòng)拉伸孿生晶粒的 Schmid 因子與出，強(qiáng)織構(gòu)的純鎂產(chǎn)生拉伸孿生的體積分?jǐn)?shù)與該晶粒的相關(guān)的關(guān)系。晶粒 Schmid 因子越大，孿生開動(dòng)的比例鎂合金孿生開動(dòng)的體積分?jǐn)?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(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG146.22

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2595334