本文選題：Mg-Gd合金　切入點：原位拉伸　出處：《上海交通大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：鎂合金晶粒內(nèi)部的變形機(jī)制及晶粒間變形機(jī)制的交互作用對宏觀的應(yīng)力應(yīng)變反應(yīng)具有重要的影響,但是目前缺乏介觀尺度針對鎂合金晶粒度、晶粒間位向等因素對變形行為影響的討論;開展鎂合金介觀尺度變形行為的研究,討論晶粒間位向關(guān)系、晶界結(jié)構(gòu)等對位錯滑移、孿生、晶界滑動和轉(zhuǎn)動等變形機(jī)制的影響具有重要的意義。本研究擬制備不同晶粒度、具有織構(gòu)差異性的Mg-Gd合金,采用原位背散射電子(EBSD)及掃描電鏡(SEM)的分析方法,跟蹤室溫變形過程中晶內(nèi)變形機(jī)制(滑移、孿生)及晶間變形協(xié)調(diào)性(晶界滑動、微裂紋萌生和擴(kuò)展),分析晶粒度、織構(gòu)及晶界結(jié)構(gòu)等對晶內(nèi)及晶間變形機(jī)制的影響,探討開發(fā)高成形性能鎂稀土合金材料的理論依據(jù)及方法,取得了如下進(jìn)展:對比分析了Gd含量對擠壓態(tài)Mg-Gd合金棒材微觀組織和力學(xué)性能的影響,隨著Gd含量的升高,連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶過程因溶質(zhì)拖拽效應(yīng)而受到抑制,繼而引起Mg-Gd合金微觀組織不均勻。Mg-0.5Gd擠壓態(tài)合金的織構(gòu)呈現(xiàn)典型的基面絲織構(gòu),而擠壓態(tài)Mg-2Gd、Mg-5Gd合金織構(gòu)發(fā)生明顯改變,形成了2-1-11弱稀土織構(gòu)�？棙�(gòu)的差異直接導(dǎo)致了擠壓態(tài)Mg-x Gd合金室溫力學(xué)性能的不同,其中Mg-0.5Gd合金的室溫屈服強度更高(達(dá)255MPa),而Mg-2Gd和Mg-5Gd合金的室溫延伸率更好(35%)。研究了退火工藝對Mg-x Gd合金再結(jié)晶及晶粒長大的影響,結(jié)果表明:合金在退火過程發(fā)生了靜態(tài)再結(jié)晶,晶粒隨著退火時間的延長而長大,獲得了平均晶粒尺寸(5-57μm)不同的退火態(tài)Mg-2Gd合金。退火過程中,由于靜態(tài)再結(jié)晶過程的擇優(yōu)形核和晶粒的擇優(yōu)長大,10-10織構(gòu)組分逐漸減弱,2-1-11和10-11織構(gòu)組分逐漸增強。此外,退火處理能有效地改善合金的力學(xué)性能拉壓不對稱性,并且Mg-2Gd合金在5-57μm的晶粒尺度范圍內(nèi)依然滿足經(jīng)典的Hall-Petch關(guān)系。對Mg-2Gd擠壓態(tài)(擠壓溫度300℃;13.6μm)和退火態(tài)(400℃/60min;38.5μm)合金進(jìn)行室溫原位拉伸試驗,結(jié)合原位EBSD和原位SEM表征和分析了不同晶粒度Mg-2Gd合金的室溫變形行為,結(jié)果表明:擠壓態(tài)Mg-2Gd合金中,晶界的滑動和轉(zhuǎn)動以及位錯滑移成為室溫拉伸變形的主要協(xié)調(diào)機(jī)制,而孿生機(jī)制對應(yīng)變的貢獻(xiàn)很小;在退火態(tài)Mg-2Gd合金中拉伸孿生和位錯的滑移成為室溫拉伸變形的主要協(xié)調(diào)機(jī)制,而晶界的轉(zhuǎn)動和滑動對應(yīng)變的貢獻(xiàn)較小。研究發(fā)現(xiàn)在鎂合金中,細(xì)晶組織能有效地抑制孿晶的形核。擠壓態(tài)合金由于具有更為細(xì)小的晶粒(13.6μm),晶粒間的協(xié)調(diào)性更好,拉伸孿生過程受到抑制;退火態(tài)合金晶粒尺寸較大(38.5μm),孿晶容易開動,而晶粒的轉(zhuǎn)動和滑動受到抑制。此外,變形過程中的孿生形核方式為滑移誘發(fā)孿晶形核(slip-induced twinning),孿生的大量開動能促進(jìn)更多的滑移系開動,增強合金的變形協(xié)調(diào)性。引入了一個描述相鄰晶�；婊茙缀渭嫒菪詤�(shù)m,充分討論晶粒度、晶粒施密特因子、晶粒間取向差等因素對微裂紋的萌生和擴(kuò)展的影響,結(jié)果表明:在室溫拉伸變形過程中,擠壓態(tài)和退火態(tài)Mg-2Gd合金的微裂紋都在晶界處萌生,影響微裂紋萌生的主要因素有:晶界與拉伸加載方向的夾角、孿晶的形核和長大、相鄰晶粒的基面滑移開動情況(m值的大小)。當(dāng)晶界和拉伸加載方向的夾角越大,孿晶的形核受到的抑制越強,m值越小,越有利于微裂紋在晶界的萌生。然而微裂紋向相鄰晶界的擴(kuò)展行為并不依賴m值的大小,微裂紋往往更趨于擴(kuò)展到與微裂紋萌生的晶界連接更平滑的晶界上。此外,孿晶的形核能有效釋放局部應(yīng)力集中,從而抑制微裂紋的擴(kuò)展。
[Abstract]:The interaction of the deformation mechanism of magnesium alloy grains and grain between the internal deformation mechanism has an important effect on the macro stress and strain response, but the current lack of meso scale for magnesium alloy grain size, grain orientation and other factors influence on deformation behavior; to carry out the research on deformation behavior of magnesium alloy medium scale view, discuss grain orientation relationship between the structure of grain boundary, dislocation slip and twinning, has important implications for grain boundary sliding and rotation deformation mechanism. This study was to prepare Mg-Gd alloy with different grain size and texture difference, using in situ backscattered electron (EBSD) and scanning electron microscopy (SEM) analysis method, tracking room temperature deformation mechanism of the deformation process of MICROTEK (slip, twinning) and intergranular deformation (grain boundary sliding, micro crack initiation and propagation), analysis of grain size, texture and grain boundary structure of intragranular and intergranular deformation machine The influence of the theory and method of developing high performance magnesium rare earth alloy forming materials, has made progress as follows: comparative analysis of the effect of Gd content on the microstructure and mechanical properties of extruded Mg-Gd alloy bars, with the increase of Gd content, continuous dynamic recrystallization process due to the solute drag effect was inhibited, and then the microstructure of Mg-Gd alloy caused by uneven alloy.Mg-0.5Gd extrusion texture showed basal fiber texture typical, and extruded Mg-2Gd, Mg-5Gd alloy texture changed obviously, the formation of 2-1-11 rare earth weak texture. The texture difference led directly to the extrusion of room temperature mechanical properties of Gd alloy with different states of Mg-x, the yield strength of Mg-0.5Gd alloy at room temperature higher (up to 255MPa), while Mg-2Gd and Mg-5Gd alloy at room temperature elongation better (35%). The effects of annealing process on Mg-x Gd alloy recrystallization and grain growth,. The results show that the static recrystallization occurs in the alloy during annealing, the grain size grows up with the increase of annealing time, the average grain size (5-57 m) annealed Mg-2Gd alloy with different annealing process. The static recrystallization process, due to preferential nucleation and the preferential growth of grains, 10-10 texture components gradually weakened 2-1-11, and 10-11 components gradually increased. In addition, the annealing treatment can effectively improve the mechanical properties of the alloy tensile compressive asymmetry, and grain size of Mg-2Gd alloy in a range of 5-57 m still satisfy the classical Hall-Petch relation. The Mg-2Gd extruded (extrusion temperature of 300 DEG C; 13.6 m) and annealed (at 400 /60min; 38.5 m) alloy at room temperature in situ tensile test, combined with in situ EBSD and in situ SEM characterization and analysis of the different grain size of Mg-2Gd alloy at room temperature deformation behavior, the results show that the extruded Mg-2Gd alloy, grain boundary sliding Dynamic rotation and dislocation slip and become the main coordination mechanism of tensile deformation, and the twin mechanism of strain contribution is very small; in the annealed Mg-2Gd alloy tensile twinning and dislocation slip has become the main coordination mechanism of tensile deformation, while the smaller contribution of grain boundary rotation and sliding on the strain. The study found that in magnesium alloys the fine grain structure, can effectively inhibit the nucleation of twins. The extruded alloy has finer grains (13.6 m), better coordination between grains, tensile twinning process was inhibited; the annealed alloy grain size is large (38.5 m), twin easy to start, but the grain rotation and the sliding was inhibited. In addition, the twin nucleation modes during the deformation of slip induced twinning nucleation (slip-induced twinning), a large number of twin slip system start can promote more running, enhance the deformation coordination of the alloy. In a description of the adjacent grain basal slip geometry compatibility parameter m, fully discussed the grain size, grain Schmidt factor, grain orientation difference between the factors of micro crack initiation and propagation are investigated, the results showed that: in the tensile deformation process, the micro cracks of extruded and annealed Mg-2Gd alloys have sprouted in the grain boundaries. And the main factors affecting the micro crack initiation angle: grain boundary and tensile loading direction, the nucleation and growth of twin grains, adjacent basal slip condition (m value). When the angle of the grain boundary and the tensile loading direction is larger, the nucleation inhibition twinning is stronger, the smaller the value of m, more conducive to the micro crack initiation at grain boundaries. However, the micro crack propagation behavior to the adjacent grain boundaries does not depend on the magnitude of m the grain boundary cracks tend to be extended to the micro crack initiation and connection of the grain boundary more smooth. In addition, the twins The crystalline nuclear energy effectively releases the local stress concentration and thus inhibits the propagation of microcracks.

【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.22

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本文編號：1610378