【摘要】：鎂合金因其質(zhì)輕、比強度高、阻尼減振和電磁屏蔽性能好等優(yōu)點受到越來越多的關(guān)注。變形鎂合金在室溫下非基面與基面滑移的臨界剪切應(yīng)力(CRSS)比值較大,室溫獨立滑移系少,導(dǎo)致變形鎂合金,特別是鎂合金板材的室溫成形性能較差,這嚴(yán)重制約了變形鎂合金的發(fā)展。合金元素改性可有效降低鎂合金非基面/基面滑移的CRSS比值,從而改善變形鎂合金的成形性能。本文利用第一性原理計算研究典型合金元素對鎂晶體理論臨界剪切強度(τmax)的影響,制備出相應(yīng)的鎂合金材料;采用金相分析(OM)、掃描電鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)、電子背散射衍射(EBSD)和力學(xué)性能測試等手段考察這些鎂合金在不同塑性變形工藝下的顯微組織及力學(xué)行為的演變。研究結(jié)果表明:①溶質(zhì)原子Li、Sn與Y在鎂晶體中優(yōu)先固溶于}0211{面。單位原子的合金元素減小鎂非基面/基面τmax比值順序為:SnLiY;單位質(zhì)量的合金元素減小其非基面/基面τmax比值順序為:LiSnY。②對于Mg-Li二元擠壓板材,隨著Li含量的增加,合金晶粒取向發(fā)生改變,從Mg-(1-2)Li合金的基面取向逐漸向Mg-3Li合金的非基面取向演變,且Mg-3Li合金的延伸率、加工硬化指數(shù)n值及強度均明顯提高,板材經(jīng)30%的軋制變形后,各向異性得到了進一步改善。③在不同變形量的室溫軋制下,Mg-x Li-3Al-1Zn(LAZx31,x=1,3,5;wt.%)擠壓板材表現(xiàn)出不同的塑性變形模式:LAZ131在整個軋制變形過程中均以基面滑移和孿生為主;LAZ331在5%軋制變形下主要發(fā)生柱面滑移與}2211{錐面滑移,10%時主要發(fā)生}2101{拉伸孿生與}2211{錐面滑移,15%時主要發(fā)生}2101{拉伸孿生與}1101{壓縮孿生,20%時主要發(fā)生}1101{壓縮孿生與}1101{-}2110{二次孿生;LAZ531在5%軋制變形下主要發(fā)生}0211{柱面滑移及錐面滑移,10%與15%時主要發(fā)生}2110{拉伸孿生與錐面滑移,20%時主要發(fā)生}2110{拉伸孿生與}1101{壓縮孿生。④Sn元素固溶可以改善純鎂的室溫成形性能,當(dāng)Sn在Mg中的固溶量為2.5wt.%時,合金的成形性能最佳,鑄態(tài)合金的室溫軋制壓下量可達到22.6%。隨著Sn含量增加,擠壓態(tài)Mg-Sn合金的抗拉強度、延伸率及加工硬化指數(shù)n值均呈升高的趨勢。⑤Mg-0.5Sn-0.3Y合金擠壓板材晶粒尺寸比Mg-0.5Sn合金擠壓板材細化約77%,沿ED、45o和TD三個方向的延伸率分別為30.3%、28.1%和28%,抗拉強度分別為288MPa、286MPa和302MPa,且各向異性不明顯。Mg-0.5Sn-0.3Y擠壓板材的顯微組織與力學(xué)性能得到改善的主要原因在于:Sn3Y5顆粒在再結(jié)晶過程中的晶粒細化作用導(dǎo)致板材晶粒尺寸只有約4μm;在鎂基體中固溶的Sn與Y均能降低鎂基體非基面與基面的CRSS比值,促進非基面滑移,從而改善合金塑性。
[Abstract]:Magnesium alloys have attracted more and more attention because of their advantages of light weight, high specific strength, good damping and electromagnetic shielding. At room temperature, the critical shear stress (CRSS) ratio of non-basal and basal slip of wrought magnesium alloy is larger, and the independent slip system is less at room temperature, which results in poor room temperature formability of wrought magnesium alloy, especially magnesium alloy sheet. This seriously restricts the development of wrought magnesium alloys. The alloy element modification can effectively reduce the CRSS ratio of non-basal / basal slip of magnesium alloy and improve the formability of wrought magnesium alloy. In this paper, the influence of typical alloy elements on the theoretical critical shear strength (蟿 max) of magnesium crystals was studied by first principle calculation, and the corresponding magnesium alloy materials were prepared. Metallographic analysis (OM), scanning electron microscopy (SEM) X-ray diffraction (XRD), electron backscatter diffraction (EBSD) and mechanical properties were used to investigate the evolution of microstructure and mechanical behavior of these magnesium alloys under different plastic deformation conditions. The results show that Li _ (Sn) Sn and Y are the preferred solid solution in magnesium crystal at 0211 {plane. For Mg-Li binary extruded sheet, the order of decreasing mg non-basal / basal 蟿 max ratio of unit atom is: SnLiY, and that of unit mass alloy element decreasing is: 1: LiSnY.2 for Mg-Li binary extruded sheet, the order is: 1. 0% LiSnY.2 for Mg-Li binary extruded sheet, with the increase of Li content, the order is: 1% LiSnY.2 for Mg-Li binary extruded sheet. The grain orientation of Mg-3Li alloy changed gradually from the base orientation of Mg- (1-2) Li alloy to the non-basal orientation of Mg-3Li alloy, and the elongation, work hardening index n value and strength of Mg-3Li alloy increased obviously, and the plate was deformed by 30% rolling. Anisotropy is further improved at room temperature rolling of Mg-x Li-3Al-1Zn (LAZx31HX) extruded sheet with different plastic deformation modes: 1: LAZ131 during the whole rolling process, the base plane slip and twinning are dominant in the 5% rolling process. Under deformation, cylinder slip and} 2211 {cone slip occur mainly,} 2101 {tensile twin and} 2211 {cone slip occur mainly at 10,} 2101 {tensile twin and} 1101 {compressed twin at 15,} 1101 {compressed twin and} 1101 {-} 2110 {double twin LAZ531 in 20s. Under 5% rolling deformation,} 0211 {cylinder slip and cone slip 10% and 15%,} 2110 {tensile twinning and cone slip,} 2110 {tensile twin and} 1101 {compression twin. 4Sn solution can improve the room temperature formability of pure magnesium. When the solid solution of Sn in mg is 2.5 wt.%, the formability of the alloy is the best, and the rolling reduction of as-cast alloy at room temperature can reach 22.6. The tensile strength of the extruded Mg-Sn alloy increases with the increase of Sn content. The grain size of 5Mg-0.5Sn-0.3Y alloy extruded sheet is about 77cm than that of Mg-0.5Sn alloy extruded sheet. The elongation along EDG45o and TD three directions are 30.3% and 28.1%, respectively. The tensile strength is 288MPa 286MPa, respectively. The main reason for the improvement of the microstructure and mechanical properties of the extruded sheet with 302MPa and 302MPA, and the anisotropy is not obvious. The main reason for the improvement of the microstructure and mechanical properties of the extruded sheet is that the grain size of the sheet is only about 4 渭 m due to the effect of grain refinement of the W Sn3Y5 particles during recrystallization; in magnesium matrix, the grain size is only about 4 渭 m. Both Sn and Y solution can reduce the CRSS ratio of non-base and base surface of magnesium matrix. Promote non-base slip, thereby improving the alloy plasticity.
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.22

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本文編號：2132775