【摘要】：由于具有高的比強(qiáng)(剛)度、較強(qiáng)的電磁屏蔽能力和易于再生利用等一系列優(yōu)點(diǎn),鎂合金在航空航天、汽車(chē)制造及家電和通訊等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。鎂合金在加工及低周疲勞過(guò)程中不可避免地要發(fā)生塑性變形,而作為鎂合金主要塑性變形機(jī)制的位錯(cuò)滑移和機(jī)械孿生又易受到其塑性變形方式、外界加載條件以及本身織構(gòu)等結(jié)構(gòu)要素的影響。因此,對(duì)影響鎂合金塑性變形過(guò)程和變形機(jī)制的因素如應(yīng)變速率、織構(gòu)以及變形方式等展開(kāi)研究,并建立起在不同變形條件下變形過(guò)程和變形機(jī)制的關(guān)系,對(duì)加深鎂合金塑性變形機(jī)理的認(rèn)識(shí)和擴(kuò)展其在實(shí)踐中的應(yīng)用具有重要的意義。本文對(duì)大部分晶粒具有{0001}極／或c-軸沿著TD-ND分布(具有絲織構(gòu)特征)的AZ31B鎂合金進(jìn)行了多道次的冷軋,并對(duì)軋制過(guò)程中的組織演化和大壓下量軋制過(guò)程的變形機(jī)制進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,在適當(dāng)修剪的情況下,將1.5mm厚的AZ31B鎂合金薄板通過(guò)多道次的冷軋過(guò)程可以獲得95.3%的大壓下量,最終軋制出厚度為0.068mmm、長(zhǎng)度可達(dá)到250mm的箔材。在軋制過(guò)程中的前三個(gè)道次,當(dāng)總壓下量小于20.7%時(shí),孿生(包括拉伸孿生和壓縮孿生)在塑性變形過(guò)程中起到了重要的作用,同時(shí)拉伸孿晶的大量出現(xiàn)使得變形組織內(nèi)形成了基面織構(gòu)。在軋制過(guò)程中的后六個(gè)道次,在軋制總壓下量達(dá)到95.3%的過(guò)程中,位錯(cuò)滑移機(jī)制在軋制過(guò)程中占據(jù)了主導(dǎo)地位。在劇烈塑性變形(SPD)過(guò)程中伴隨著變形組織內(nèi)晶粒的細(xì)化,同時(shí)在軋制過(guò)程中保存下來(lái)的壓縮孿晶在位錯(cuò)滑移的作用下也發(fā)生了變形、細(xì)化。軋制過(guò)程中每一道次的較低壓下量和軋板厚度與軋輥直徑之間較小的比率都對(duì)具有基面織構(gòu)晶粒多種滑移機(jī)制的開(kāi)啟具有促進(jìn)作用,也是獲得95.3%壓下量的原因之一。為了研究應(yīng)變速率或循環(huán)頻率對(duì)鎂合金低周疲勞行為的影響,對(duì)具有較弱絲織構(gòu)特征的鎂合金樣品沿著軸向施加不同的應(yīng)變幅和循環(huán)頻率。研究結(jié)果表明,應(yīng)變幅為0.75%,1.0%,2.0%和4.0%時(shí),在非對(duì)稱(chēng)的壓-壓循環(huán)變形中,樣品在0.01HZ, 0.1HZ,2.0HZ和5.0HZ循環(huán)頻率下都表現(xiàn)出了明顯的循環(huán)硬化特性。隨著循環(huán)頻率的提高,在相同應(yīng)變幅下,樣品的應(yīng)力幅、硬化率和塑性應(yīng)變幅都隨著循環(huán)頻率的增高而降低。同時(shí)還發(fā)現(xiàn),在相同應(yīng)變幅下,樣品的疲勞壽命隨著循環(huán)頻率的提高而提高。為了對(duì)循環(huán)變形過(guò)程進(jìn)行深入研究,揭示循環(huán)變形行為與變形機(jī)制之間的內(nèi)在聯(lián)系,在2%應(yīng)變下,采用EBSD原位分析技術(shù)對(duì)壓-壓非對(duì)稱(chēng)循環(huán)變形過(guò)程中各變形階段的變形組織進(jìn)行觀察,并對(duì)具有不同取向特征晶粒的孿生過(guò)程進(jìn)行研究,同時(shí)采用粘塑性自洽模型對(duì)循環(huán)變形過(guò)程進(jìn)行模擬。研究結(jié)果表明,具有絲織構(gòu)的原始變形組織,在沿著軸向進(jìn)行壓-壓循環(huán)變形過(guò)程中,孿生-祛孿生變形機(jī)制在塑性變形過(guò)程中占有重要的地位。在循環(huán)變形過(guò)程中的壓應(yīng)力或者拉應(yīng)力的卸載階段,樣品在彈性力(內(nèi)應(yīng)力)的作用下即發(fā)生祛孿生現(xiàn)象。晶粒取向、應(yīng)力加載方式、臨界剪切應(yīng)力等綜合因素對(duì)鎂合金的孿生過(guò)程產(chǎn)生影響,祛孿生的發(fā)生與孿晶形成過(guò)程的反向應(yīng)力(變)直接有關(guān)。同時(shí),原始晶粒取向不但對(duì)于孿生變形機(jī)制產(chǎn)生明顯的影響,對(duì)于位錯(cuò)變形機(jī)制啟動(dòng)的類(lèi)型以及在總應(yīng)變中的貢獻(xiàn)亦有明顯的影響。在研究循環(huán)頻率或應(yīng)變速率對(duì)鎂合金循環(huán)變形組織結(jié)構(gòu)與變形機(jī)制之間關(guān)系過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)在高應(yīng)變速率下生成的拉伸孿晶數(shù)量要高于低應(yīng)變速率下的拉伸孿晶數(shù)量,而啟動(dòng)的位錯(cuò)則剛好相反。在不同應(yīng)變速率下的壓-壓循環(huán)變形過(guò)程中,組織內(nèi)都發(fā)生了較為明顯的孿生-祛孿生過(guò)程,在高應(yīng)變速率下的循環(huán)變形過(guò)程中殘留的拉伸孿晶要比低應(yīng)變速率下的要少,孿晶周?chē)p結(jié)的位錯(cuò)也更少。在8.0×10-1S-1應(yīng)變速率下,對(duì)具有絲織構(gòu)特征的鎂合金壓縮8%應(yīng)變后,發(fā)現(xiàn)在變形組織中除了厚度較大的拉伸孿晶之外,還存在著大量納米尺度的板條束狀拉伸孿晶,這些納米尺度的拉伸孿晶的形成是在高應(yīng)變速率下位錯(cuò)滑移臨界剪切應(yīng)力的提高以及孿晶的高形核率和進(jìn)一步生長(zhǎng)受限綜合作用的結(jié)果。通過(guò)對(duì)循環(huán)頻率或應(yīng)變速率對(duì)鎂合金循環(huán)變形行為影響的機(jī)制分析認(rèn)為,在較低的應(yīng)變幅下,較低應(yīng)變速率下位錯(cuò)滑移機(jī)制在塑性變形過(guò)程中起主要作用,而在較高應(yīng)變速率下,孿生變形機(jī)制起主要作用。孿生變形機(jī)制引起的應(yīng)變硬化率要遠(yuǎn)低于位錯(cuò)滑移機(jī)制所引起的應(yīng)變硬化率。因此,在高循環(huán)頻率(5HZ)下樣品滯回曲線的最大應(yīng)力要明顯小于低循環(huán)頻率(0.01HZ)下的最大應(yīng)力。隨著循環(huán)頻率的提高,由孿生-祛孿生過(guò)程引起的塑性應(yīng)變幅變化△εpT要明顯大于位錯(cuò)滑移引起的塑性應(yīng)變幅變化△εpD,由孿生-祛孿生過(guò)程引起的塑性應(yīng)變幅變化能夠降低材料的損傷程度。在循環(huán)變形過(guò)程中,孿生變形機(jī)制導(dǎo)致在塑性變形過(guò)程中較小的硬化率、較少的材料缺陷,最終導(dǎo)致隨著循環(huán)頻率的提高相應(yīng)材料的疲勞壽命也顯著提高。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TG339

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本文編號(hào)：2424205