本文選題：鎂合金　切入點(diǎn)：表面機(jī)械研磨處理　出處：《南昌大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：近年來,梯度納米結(jié)構(gòu)材料由于其獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能而備受關(guān)注。表面機(jī)械研磨處理(SMAT),作為最有效的表面納米化從而獲得梯度納米結(jié)構(gòu)的技術(shù),已被成功的應(yīng)用到了銅、鎳、不銹鋼等金屬材料中,并取得了顯著的力學(xué)性能改善效果。然而,國內(nèi)外鮮有梯度納米結(jié)構(gòu)鎂合金力學(xué)性能相關(guān)的報(bào)道。因此,本工作對(duì)運(yùn)用等通道擠壓(ECAP)技術(shù)以及常見商業(yè)軋制工藝制備的兩種狀態(tài)的AZ31鎂合金進(jìn)行了表面機(jī)械研磨處理。采用光學(xué)顯微鏡(OM)、X-射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)及顯微硬度、單軸拉伸等測試設(shè)備系統(tǒng)研究了表面機(jī)械研磨處理后兩種狀態(tài)AZ31鎂合金的微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能特征,分析討論了表面機(jī)械研磨對(duì)兩種狀態(tài)AZ31鎂合金顯微組織和力學(xué)性能帶來的影響,并比較了不同基底梯度納米結(jié)構(gòu)鎂合金的力學(xué)性能差異。最后,采用SEM原位拉伸實(shí)驗(yàn),研究了梯度結(jié)構(gòu)AZ31鎂合金拉伸變形過程中,不同晶粒度組織的動(dòng)態(tài)變形和斷裂行為,并分析討論了其差異。主要研究結(jié)論如下:1.ECAP制備的AZ31鎂合金經(jīng)過SMAT處理后,在沿板材試樣厚度方向形成了梯度納米結(jié)構(gòu):SMAT處理10 min后,表面為取向隨機(jī)平均晶粒度為27.4 nm左右的納米晶(~100 nm)層,其厚度約為50μm;至距SMAT處理表面80~90μm深為晶粒度在亞微米級(jí)(100 nm~1μm)的超細(xì)晶層;距SMAT處理表面90μm以下的組織,雖無明顯晶粒細(xì)化,卻引入了一定體積分?jǐn)?shù)的孿晶。長時(shí)間SMAT處理后,芯部組織孿晶界體積分?jǐn)?shù)可達(dá)30%。力學(xué)性能方面,SMAT處理可以提升ECAP制備的AZ31鎂合金硬度,并在合金沿板厚方向呈梯度分布。同時(shí),SMAT處理可以提升合金強(qiáng)度,但會(huì)在一定程度上犧牲合金的塑性。SMAT處理3 min后,合金的抗拉強(qiáng)度可提升121.8%。然而,隨著SMAT處理時(shí)間的進(jìn)一步增長,強(qiáng)度提升效果明顯減弱。此外,值得注意的是,SMAT處理后,合金展現(xiàn)出了不同于原始ECAP態(tài)鎂合金的應(yīng)變硬化行為。應(yīng)變硬化III階段:SMAT處理后合金的應(yīng)變硬化率比原始ECAP態(tài)高,且隨著SMAT時(shí)間的增長,應(yīng)變硬化率也隨之提高;而應(yīng)變硬化IV階段,SMAT處理后,合金的應(yīng)變硬化率更低,且隨著SMAT處理時(shí)間的增長,合金的應(yīng)變硬化率隨之降低。2.商業(yè)軋制AZ31鎂合金在經(jīng)過SMAT處理后,同樣在沿板材試樣厚度方向形成了梯度納米結(jié)構(gòu)表面層,且這一表面層厚度隨SMAT處理時(shí)間增長而增厚。SMAT處理10 min表面為取向隨機(jī)平均晶粒度為41 nm左右的納米晶層;至距SMAT處理表面約165μm厚度,為晶粒度在亞微米級(jí)的超細(xì)晶區(qū);距SMAT處理表面165μm以下為芯部粗晶組織。力學(xué)性能方面,SMAT處理可以提升商業(yè)軋制AZ31鎂合金硬度,并同樣在合金沿板厚方向呈梯度分布。同時(shí),SMAT處理可以提升合金強(qiáng)度,但一樣會(huì)在一定程度上犧牲合金的塑性。繼續(xù)增長SMAT處理時(shí)間,合金的強(qiáng)度提升幅度明顯減小。此外,長時(shí)間SMAT處理后,商業(yè)軋制AZ31鎂合金的塑性各向異性明顯增大。這與SMAT處理后,梯度納米結(jié)構(gòu)組織獨(dú)特的變形行為密切相關(guān)。3.對(duì)ECAP和商業(yè)軋制兩種狀態(tài)AZ31鎂合金(初始表面的平均晶粒度分別為5.5μm和2.8μm)SMAT處理后的顯微組織和力學(xué)性能進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)經(jīng)過SMAT處理3 min后,兩種狀態(tài)鎂合金沿板材試樣厚度方向均形成了厚度接近的梯度納米結(jié)構(gòu)表面層,且表面納米層晶粒取向隨機(jī)。而SMAT處理后,由于其良好的應(yīng)變硬化行為,ECAP態(tài)AZ31鎂合金合金保留有可觀的塑性。由此,SMAT處理后ECAP態(tài)AZ31鎂合金獲得了更好的強(qiáng)度-塑性配比。4.通過單梯度結(jié)構(gòu)AZ31鎂合金SEM原位拉伸實(shí)驗(yàn),研究了單梯度結(jié)構(gòu)中粗晶和細(xì)晶組織在拉伸過程中拉伸變形行為的不同。對(duì)單梯度結(jié)構(gòu)粗細(xì)晶組織的拉伸初始、彈性變形、塑性變形以及斷裂后四個(gè)不同階段下的原位SEM動(dòng)態(tài)觀察可以發(fā)現(xiàn),鎂合金組織在拉伸過程中會(huì)出現(xiàn)晶間裂紋萌生、晶粒變形,晶間裂紋拓展、平行滑移線出現(xiàn)、穿晶裂紋萌生拓展等幾種變化。這些變化均會(huì)受到晶粒度的影響。通過單梯度結(jié)構(gòu)鎂合金拉伸變形行為的動(dòng)態(tài)觀察及斷口分析,我們給出了梯度結(jié)構(gòu)在表面梯度納米化鎂合金拉伸變形過程中的作用機(jī)理。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG174.4;TG146.22

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