【摘要】：Mg-Gd-Y鎂合金作為一種極具商業(yè)前景的高強(qiáng)鎂合金,其相關(guān)研究正引起國內(nèi)外學(xué)者的極大關(guān)注。然而,目前針對Mg-Gd-Y鎂合金的研究主要集中在合金化和熱處理等對性能影響的方面,實(shí)驗(yàn)測試也大多在靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)條件下完成,缺少對Mg-Gd-Y鎂合金在高應(yīng)變速率下力學(xué)性能和組織演變的系統(tǒng)研究,這極大限制了Mg-Gd-Y鎂合金在實(shí)際工程中的應(yīng)用。為此,本文對于Mg-Gd-Y鎂合金動態(tài)力學(xué)行為的研究,不僅可以豐富國內(nèi)在鎂合金動態(tài)力學(xué)性能的理論,還可以加深對鎂合金高速塑性變形機(jī)理的認(rèn)識,為改進(jìn)現(xiàn)有鎂合金高速、大變形量軋制或高速擠壓變形工藝提供技術(shù)指導(dǎo),同時可為Mg-Gd-Y鎂合金在汽車、飛機(jī)和裝甲等需要考慮其動態(tài)力學(xué)性能的零部件設(shè)計和應(yīng)用提供重要的理論依據(jù)。為了研究擠壓態(tài)Mg-Gd-Y鎂合金在高應(yīng)變速率下的動態(tài)力學(xué)行為與失效機(jī)制,本文采用分離式Hopkinson壓桿裝置對擠壓態(tài)Mg-Gd-Y鎂合金在室溫和高溫下進(jìn)行了動態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn),以及采用分離式Hopkinson拉桿裝置對擠壓態(tài)Mg-Gd-Y鎂合金進(jìn)行了室溫下的動態(tài)拉伸實(shí)驗(yàn),測試的應(yīng)變速率范圍在500s-1~3500s-1之間。分別用光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)和透射電鏡(TEM)分析了測試后的試樣組織、斷口形貌以及擠壓態(tài)Mg-Gd-Y鎂合金中剪切帶的形貌;對不同受力狀態(tài)和不同溫度下擠壓態(tài)Mg-Gd-Y鎂合金的動態(tài)力學(xué)行為進(jìn)行了分析和比較,討論了擠壓態(tài)Mg-Gd-Y鎂合金在不同受力狀態(tài)下的微觀變形機(jī)制、組織演變規(guī)律和斷裂失效機(jī)制。得到的主要結(jié)論如下:擠壓態(tài)Mg-Gd-Y鎂合金沿ED(擠壓方向)、TD(橫向)和ND(法向)三個方向在室溫動態(tài)壓縮載荷下,沒有明顯的屈服點(diǎn)。隨著應(yīng)變速率的提高,均具有正應(yīng)變速率效應(yīng)。沿ED、TD和ND三個方向的動態(tài)壓縮強(qiáng)度分別為535MPa、508MPa和489MPa;動態(tài)壓縮應(yīng)變分別為15%、14%和15%,其動態(tài)壓縮力學(xué)性能無明顯的各向異性,ED方向的綜合動態(tài)壓縮性能略微優(yōu)于其他兩個方向。細(xì)化的晶粒以及高應(yīng)變速率下非基面滑移主導(dǎo)變形,是擠壓態(tài)Mg-Gd-Y鎂合金動態(tài)壓縮力學(xué)性能各向異性不明顯的重要原因。同一應(yīng)變速率范圍內(nèi),隨著溫度的升高,擠壓態(tài)Mg-Gd-Y鎂合金的動態(tài)壓縮斷裂強(qiáng)度不斷下降,塑性則不斷提高。在室溫下應(yīng)變速率為2826s-1時,擠壓態(tài)Mg-Gd-Y鎂合金具有最大的動態(tài)壓縮斷裂強(qiáng)度,為535MPa。在300℃應(yīng)變速率為為3344s-1時,擠壓態(tài)Mg-Gd-Y鎂合金具有最大的動態(tài)壓縮應(yīng)變,為20%。在室溫高應(yīng)變速率下,擠壓態(tài)Mg-Gd-Y鎂合金具有動態(tài)拉壓不對稱性,動態(tài)拉伸斷裂強(qiáng)度為203MPa,動態(tài)壓縮斷裂強(qiáng)度為535 MPa,動態(tài)拉伸斷裂強(qiáng)度與動態(tài)壓縮斷裂強(qiáng)度的比值約為0.37。{1012}1120拉伸孿晶是導(dǎo)致擠壓態(tài)Mg-Gd-Y鎂合金沿ED方向具有室溫動態(tài)拉壓不對稱性的根本原因。擠壓態(tài)Mg-Gd-Y鎂合金的室溫動態(tài)壓縮變形機(jī)制為,在應(yīng)變速率相對較低時,主要以孿生的方式進(jìn)行;在應(yīng)變速率相對較高時,則以滑移和孿生兩種方式進(jìn)行,應(yīng)變速率越高,滑移所占的比例越大,滑移以非基面滑移為主導(dǎo),并向基面滑移轉(zhuǎn)變;同時在高速變形的過程伴隨有動態(tài)再結(jié)晶和絕熱剪切現(xiàn)象發(fā)生。擠壓態(tài)Mg-Gd-Y鎂合金的高溫動態(tài)壓縮變形機(jī)制為,以滑移和孿生兩種方式進(jìn)行,以滑移為主,存在絕熱剪切變形,并伴隨有動態(tài)回復(fù)和強(qiáng)烈的動態(tài)再結(jié)晶發(fā)生。擠壓態(tài)Mg-Gd-Y鎂合金的室溫動態(tài)拉伸變形機(jī)制為,以滑移和孿生兩種方式進(jìn)行,以滑移為主,并伴有較弱的絕熱剪切變形。擠壓態(tài)Mg-Gd-Y鎂合金的室溫動態(tài)壓縮組織演變規(guī)律為,隨著應(yīng)變速率的增加,孿晶數(shù)量先增加后減少,由再結(jié)晶條帶形成絕熱剪切帶。擠壓態(tài)Mg-Gd-Y鎂合金在1000s-1至2500s-1應(yīng)變速率范圍內(nèi),應(yīng)變在8%至15%范圍內(nèi),可形成絕熱剪切帶。擠壓態(tài)Mg-Gd-Y鎂合金絕熱剪切帶的形成過程可分為三個階段:首先,在沖擊載荷作用下,塑性變形由孿生完成,形成大量孿晶和再結(jié)晶條帶;然后,由于孿晶的形成,調(diào)整了局部晶粒的取向,塑性變形由孿生和非基面滑移完成,由再結(jié)晶條帶形成不連續(xù)剪切帶;最后,非基面滑移轉(zhuǎn)變?yōu)榛婊?在強(qiáng)烈的熱軟化作用下,形成連續(xù)剪切帶。擠壓態(tài)Mg-Gd-Y鎂合金的室溫動態(tài)壓縮斷裂機(jī)制對加載方向不敏感,其動態(tài)壓縮斷口特征呈韌、脆混合的準(zhǔn)解理斷裂特征,斷裂失效機(jī)制是多裂紋擴(kuò)展機(jī)制,裂紋萌生于晶界處,并沿晶界擴(kuò)展,局部的斷口表面具有熔化現(xiàn)象;擠壓態(tài)Mg-Gd-Y鎂合金的高溫動態(tài)壓縮斷裂機(jī)制也為準(zhǔn)解理斷裂特征,斷裂失效機(jī)制是多裂紋擴(kuò)展機(jī)制,裂紋萌生于晶界處,并沿晶界擴(kuò)展,隨著溫度的升高,局部熔化組織增多;擠壓態(tài)Mg-Gd-Y鎂合金的室溫動態(tài)拉伸斷裂機(jī)制為脆性解理斷裂特征,斷裂失效機(jī)制是多裂紋擴(kuò)展機(jī)制,窩坑在動態(tài)拉應(yīng)力作用下形成和連接,最終導(dǎo)致試樣斷裂。
【圖文】：

沈陽工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文合金晶粒變形能力較差。只有通過啟動柱面和錐面滑移系，鎂合金的塑性變形能力能得到顯著提高。各個滑移系開動的臨界分切應(yīng)力有很大的差異。Kleiner、Burke Kelly[59, 60]等人根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計算出了基面滑移的臨界分切應(yīng)力約為 0.5MPa 左右錐面滑移系和柱面滑移在室溫滑移的臨界分切應(yīng)力遠(yuǎn)大于基面滑移的臨界分切應(yīng)力約為 40MPa，因此在一般情況下不易啟動，但在溫度升高或者晶粒細(xì)化條件下，非面滑移系才能被激活。而當(dāng)溫度達(dá)到 573K 時，柱面滑移的臨界分切應(yīng)力則與基面滑的臨界分切應(yīng)力相近[61]。

變速率下動態(tài)力學(xué)性能的常規(guī)手段。SHPB 的示意裝置如圖 2.1 所示，它主要由加載統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)兩大部分構(gòu)成。其中加載系統(tǒng)包括：壓縮氣體瓶、儲氣倉、電磁制氣動閥門、炮管、子彈、入射桿、透射桿、吸收桿和吸能阻尼器等。數(shù)據(jù)采集系包括兩個部分，分別是子彈平行光測速裝置和應(yīng)力應(yīng)變采集記錄裝置。測速裝置包：平行光源、接受器和測速儀。應(yīng)力應(yīng)變采集記錄裝置包括：應(yīng)變片、動態(tài)應(yīng)變儀示波器。
【學(xué)位授予單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.22

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2572731