本文選題：稀土鎂合金　切入點(diǎn)：反復(fù)鐓壓　出處：《上海交通大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：鎂合金是實(shí)際應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料,在國(guó)防軍事、航空航天、汽車(chē)、電子通信等工業(yè)領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景。相比于其他金屬結(jié)構(gòu)材料,鎂合金在室溫下的強(qiáng)度和塑性都比較低,開(kāi)展鎂合金的強(qiáng)韌化研究對(duì)推廣其應(yīng)用具有重要意義。由于鎂沒(méi)有同素異構(gòu)變化,無(wú)法利用相變強(qiáng)化來(lái)提高它的性能。目前,鎂合金最為有效的強(qiáng)化方式為固溶強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化等。本文以Mg-GdY系合金為研究對(duì)象,以反復(fù)鐓壓和軋制為變形手段,細(xì)化和均勻化合金的組織結(jié)構(gòu),研究的重點(diǎn)著眼于合金在變形和熱處理中的組織、結(jié)構(gòu)和織構(gòu)的演變,以及相應(yīng)的力學(xué)性能變化規(guī)律。本研究系統(tǒng)地研究了細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化、時(shí)效強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化和織構(gòu)控制等多種強(qiáng)化手段對(duì)提高合金力學(xué)性能的作用;深入地分析了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng),孿晶、亞晶和晶界形成,第二相析出和轉(zhuǎn)變,界面偏析等變形和析出機(jī)理;揭示了如何有效利用多種強(qiáng)韌化機(jī)制,充分發(fā)揮復(fù)合強(qiáng)化作用制備高性能稀土鎂合金關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。具體研究?jī)?nèi)容如下:利用Gleeble熱模擬試驗(yàn)機(jī),研究了擠壓態(tài)Mg-Gd-Y(GW103K)合金的熱壓縮變形過(guò)程中的流變行為。GW103K合金的流變應(yīng)力對(duì)加工溫度和應(yīng)變速率敏感,在任意應(yīng)變速率下,峰值應(yīng)力隨溫度的降低而增高;而當(dāng)變形溫度一定時(shí),峰值應(yīng)力隨著應(yīng)變速率的增加而提高�；诹髯儜�(yīng)力結(jié)果,對(duì)材料進(jìn)行了本構(gòu)分析,獲得擠壓態(tài)GW103K合金的變形激活能計(jì)算值為229.5k J/mol,及其本構(gòu)模型:。熱加工圖表明變形溫度420-450℃,變形速率0.01-0.1s-1是優(yōu)化的熱變形工藝參數(shù)。熱加工圖預(yù)測(cè)了應(yīng)變量較少時(shí),主要變形失穩(wěn)區(qū)是低溫低應(yīng)變速率和高溫高應(yīng)變速率;而應(yīng)變量較大的主要變形失穩(wěn)區(qū)集中在高應(yīng)變速率。用有限元模擬軟件DEFORM對(duì)不同溫度、道次反復(fù)鐓壓變形進(jìn)行了模擬。研究結(jié)果表明,樣品在變形過(guò)程中存在小范圍攪拌紊流;應(yīng)力場(chǎng)顯示,較高的變形應(yīng)力發(fā)生在鐓壓初期,尤其是樣品側(cè)棱位置有明顯的應(yīng)力集中;應(yīng)變場(chǎng)顯示,單道次變形后,材料應(yīng)變?cè)跀D壓方向分布不均,呈波浪形分布特征,多道次變形應(yīng)變累積上升,未發(fā)現(xiàn)變形死區(qū),反復(fù)鐓壓4道次變形后,材料的最小應(yīng)變值達(dá)到~3.7。研究了不同工藝參數(shù)下反復(fù)鐓壓樣品的微觀組織。反復(fù)鐓壓加工道次對(duì)組織細(xì)化效果明顯,晶粒尺寸隨著加工道次的增加,從139μm細(xì)化到1μm以下的超細(xì)晶;晶粒尺寸的均勻性也隨加工道次增加而逐漸提高;織構(gòu)強(qiáng)度隨加工道次增加逐漸降低。反復(fù)鐓壓變形溫度對(duì)組織結(jié)構(gòu)演化有顯著影響,隨著變形溫度增加,晶粒尺寸也從~1μm增加到4~5μm和10~20μm;織構(gòu)強(qiáng)度也隨變形溫度升高而提高。反復(fù)鐓壓不同加工路徑的晶粒細(xì)化能力有區(qū)別,路徑A細(xì)化效果顯著,并發(fā)現(xiàn)有剪切帶形成,路徑B細(xì)化效果較差,4道次變形后依然存在尺寸為5~10μm的大晶粒,未見(jiàn)明顯的剪切帶。研究了不同工藝參數(shù)下反復(fù)鐓壓樣品的力學(xué)性能。力學(xué)性能隨加工道次的增加而提高,變形前后屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和斷裂延伸率分別比初始狀態(tài)提高了150%、52%和110%;隨著變形道次增加,力學(xué)性能均勻性也顯著提高。隨著變形溫度增加,屈服強(qiáng)度呈逐漸降低的規(guī)律,抗拉強(qiáng)度變化規(guī)律與之相似,斷裂延伸率的變化規(guī)律是隨著加工溫度提高而提高。反復(fù)鐓壓加工路徑B與路徑A相比,得到的樣品具有更高的延伸率,但是屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度都相對(duì)較低,路徑B適合制備延伸率要求較高的樣品,而路徑A更適合制備高強(qiáng)度GW103K合金。研究了反復(fù)鐓壓后樣品的時(shí)效析出行為。時(shí)效析出可進(jìn)一步提高反復(fù)鐓壓樣品的屈服強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度,時(shí)效峰值樣品的抗拉強(qiáng)度可在時(shí)效前350MPa的基礎(chǔ)上再提高100MPa左右,但延伸率大幅降低。峰值時(shí)效晶內(nèi)析出相形貌為“烏龜形”,經(jīng)細(xì)致的微觀結(jié)構(gòu)表征確認(rèn),該形貌是由β″相、βT相和β′相共同組成。新發(fā)現(xiàn)的βT相位于β″相和β′相之間,其晶體結(jié)構(gòu)為b.c.o結(jié)構(gòu),晶格常數(shù)為a=2·a Mg≈0.64nm,b=8·d(1010)Mg≈3.33 nm,c=cMg≈0.52 nm,與基體的取向關(guān)系是:(100)Tb//(1120)a、[001]Tb//[0001]a。βT相的化學(xué)成分為Mg_5RE,其中RE由Gd和Y組成,因此也可寫(xiě)成Mg_5Gdx Y1-x(0x1)。提出了新的Mg-Gd-Y三元合金的時(shí)效析出序列:S.S.S.S→β″→βT→β′→β1→β。Ag元素對(duì)Mg-Gd-Y系合金的界面偏析結(jié)構(gòu)有影響。未添加Ag的GW103K合金,孿晶和晶界的原子偏析呈直線型,而添加了Ag元素后,Mg-Gd-Y-Ag合金(GWQ1032K),在{1012}孿晶(TBII)和片層晶界(LGB)上會(huì)形成“脊椎骨”形貌的周期性偏析新結(jié)構(gòu),該新結(jié)構(gòu)比直線型偏析有更高的溶質(zhì)原子密度,因而具有更高的釘扎界面的能力。出現(xiàn)這種新偏析結(jié)構(gòu)的主要原因是,Ag原子的fcc結(jié)構(gòu)以及較小的原子半徑。此外,孿晶、層錯(cuò)、晶界等界面結(jié)構(gòu)和能量也會(huì)對(duì)偏析形式產(chǎn)生影響:“脊椎骨”形周期性偏析結(jié)構(gòu)容易在晶界和TBII等高界面能的界面上形成;而低界面能的TBI上形成的偏析結(jié)構(gòu)為直線型;能量最低的層錯(cuò)上甚至無(wú)法形成任何周期性偏析結(jié)構(gòu)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TG146.22

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本文編號(hào)：1730770