【摘要】：Mg-Gd-Y鎂合金作為一種極具商業(yè)前景的高強鎂合金,其相關研究正引起國內外學者的極大關注。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,實驗測試也大多在靜態(tài)或準靜態(tài)條件下完成,缺少對Mg-Gd-Y鎂合金在高應變速率下力學性能和組織演變的系統(tǒng)研究,這極大限制了Mg-Gd-Y鎂合金在實際工程中的應用。為此,本文對于Mg-Gd-Y鎂合金動態(tài)力學行為的研究,不僅可以豐富國內在鎂合金動態(tài)力學性能的理論,還可以加深對鎂合金高速塑性變形機理的認識,為改進現有鎂合金高速、大變形量軋制或高速擠壓變形工藝提供技術指導,同時可為Mg-Gd-Y鎂合金在汽車、飛機和裝甲等需要考慮其動態(tài)力學性能的零部件設計和應用提供重要的理論依據。為了研究擠壓態(tài)Mg-Gd-Y鎂合金在高應變速率下的動態(tài)力學行為與失效機制,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行了動態(tài)壓縮實驗,以及采用分離式Hopkinson拉桿裝置對擠壓態(tài)Mg-Gd-Y鎂合金進行了室溫下的動態(tài)拉伸實驗,測試的應變速率范圍在500s-1~3500s-1之間。分別用光學顯微鏡(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)力學行為進行了分析和比較,討論了擠壓態(tài)Mg-Gd-Y鎂合金在不同受力狀態(tài)下的微觀變形機制、組織演變規(guī)律和斷裂失效機制。得到的主要結論如下: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。隨著應變速率的提高,均具有正應變速率效應。沿ED、TD和ND三個方向的動態(tài)壓縮強度分別為535MPa、508MPa和489MPa;動態(tài)壓縮應變分別為15%、14%和15%,其動態(tài)壓縮力學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。細化的晶粒以及高應變速率下非基面滑移主導變形,是擠壓態(tài)Mg-Gd-Y鎂合金動態(tài)壓縮力學性能各向異性不明顯的重要原因。同一應變速率范圍內,隨著溫度的升高,擠壓態(tài)Mg-Gd-Y鎂合金的動態(tài)壓縮斷裂強度不斷下降,塑性則不斷提高。在室溫下應變速率為2826s-1時,擠壓態(tài)Mg-Gd-Y鎂合金具有最大的動態(tài)壓縮斷裂強度,為535MPa。在300℃應變速率為為3344s-1時,擠壓態(tài)Mg-Gd-Y鎂合金具有最大的動態(tài)壓縮應變,為20%。在室溫高應變速率下,擠壓態(tài)Mg-Gd-Y鎂合金具有動態(tài)拉壓不對稱性,動態(tài)拉伸斷裂強度為203MPa,動態(tài)壓縮斷裂強度為535 MPa,動態(tài)拉伸斷裂強度與動態(tài)壓縮斷裂強度的比值約為0.37。{1012}1120拉伸孿晶是導致擠壓態(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)壓縮變形機制為,在應變速率相對較低時,主要以孿生的方式進行;在應變速率相對較高時,則以滑移和孿生兩種方式進行,應變速率越高,滑移所占的比例越大,滑移以非基面滑移為主導,并向基面滑移轉變;同時在高速變形的過程伴隨有動態(tài)再結晶和絕熱剪切現象發(fā)生。擠壓態(tài)Mg-Gd-Y鎂合金的高溫動態(tài)壓縮變形機制為,以滑移和孿生兩種方式進行,以滑移為主,存在絕熱剪切變形,并伴隨有動態(tài)回復和強烈的動態(tài)再結晶發(fā)生。擠壓態(tài)Mg-Gd-Y鎂合金的室溫動態(tài)拉伸變形機制為,以滑移和孿生兩種方式進行,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,隨著應變速率的增加,孿晶數量先增加后減少,由再結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應變速率范圍內,應變在8%至15%范圍內,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晶條帶;然后,由于孿晶的形成,調整了局部晶粒的取向,塑性變形由孿生和非基面滑移完成,由再結晶條帶形成不連續(xù)剪切帶;最后,非基面滑移轉變?yōu)榛婊?在強烈的熱軟化作用下,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、脆混合的準解理斷裂特征,斷裂失效機制是多裂紋擴展機制,裂紋萌生于晶界處,并沿晶界擴展,局部的斷口表面具有熔化現象;擠壓態(tài)Mg-Gd-Y鎂合金的高溫動態(tài)壓縮斷裂機制也為準解理斷裂特征,斷裂失效機制是多裂紋擴展機制,裂紋萌生于晶界處,并沿晶界擴展,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)拉伸斷裂機制為脆性解理斷裂特征,斷裂失效機制是多裂紋擴展機制,窩坑在動態(tài)拉應力作用下形成和連接,最終導致試樣斷裂。
【圖文】：

沈陽工業(yè)大學博士學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力有很大的差異。Kleiner、Burke Kelly[59, 60]等人根據實驗數據，計算出了基面滑移的臨界分切應力約為 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力遠大于基面滑移的臨界分切應力約為 40MPa，因此在一般情況下不易啟動，但在溫度升高或者晶粒細化條件下，非面滑移系才能被激活。而當溫度達到 573K 時，柱面滑移的臨界分切應力則與基面滑的臨界分切應力相近[61]。

變速率下動態(tài)力學性能的常規(guī)手段。SHPB 的示意裝置如圖 2.1 所示，它主要由加載統(tǒng)和數據采集系統(tǒng)兩大部分構成。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。數據采集系包括兩個部分，分別是子彈平行光測速裝置和應力應變采集記錄裝置。測速裝置包：平行光源、接受器和測速儀。應力應變采集記錄裝置包括：應變片、動態(tài)應變儀示波器。
【學位授予單位】：沈陽工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.22

【參考文獻】

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本文編號：2572731