1、AZ31鎂合金動(dòng)態(tài)塑性變形對(duì)拉鎂合金動(dòng)態(tài)塑性變形對(duì)拉伸性能的影響伸性能的影響 答 辯 人： 魏小龍 學(xué) 號(hào) ：20083934 班 級(jí) ：09級(jí)材加2班 指導(dǎo)老師 ：張喜燕 教授論文題目：課題課題研究研究背景背景： 鎂合金是目前工程應(yīng)用中鎂合金是目前工程應(yīng)用中比重最輕比重最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料的金屬結(jié)構(gòu)材料; ;3C3C產(chǎn)品產(chǎn)品汽車行業(yè)汽車行業(yè)航空航天等國(guó)防軍航空航天等國(guó)防軍工工通用機(jī)械通用機(jī)械鎂鎂鋁鋁鋼鋼密度密度g/cm31.82.77.9比阻尼系數(shù)比阻尼系數(shù)60%2%10% 除了優(yōu)秀的力學(xué)性能外，還具除了優(yōu)秀的力學(xué)性能外，還具有有導(dǎo)熱性好、電磁屏蔽能力強(qiáng)導(dǎo)熱性好、電磁屏蔽能力強(qiáng)的特的特點(diǎn)點(diǎn)。鎂

2、合金塑性加工中的問(wèn)題：鎂合金塑性加工中的問(wèn)題： 由于由于加工成本加工成本的原因，現(xiàn)有鎂合金產(chǎn)品中，變形鎂金只占約的原因，現(xiàn)有鎂合金產(chǎn)品中，變形鎂金只占約10%10%，急需發(fā)展最具市場(chǎng)潛力的，急需發(fā)展最具市場(chǎng)潛力的低成本擠壓型材和軋制板材低成本擠壓型材和軋制板材。主要問(wèn)題主要問(wèn)題易形變易形變加工開(kāi)加工開(kāi)裂裂可承受可承受的變形的變形速率低速率低精整矯直精整矯直困難困難成材率成材率低低解決途徑解決途徑鎂合金塑性變鎂合金塑性變形理論體系的形理論體系的基礎(chǔ)研究基礎(chǔ)研究塑性加工過(guò)程塑性加工過(guò)程中組織精細(xì)化中組織精細(xì)化控制控制動(dòng)態(tài)塑性變形技術(shù)動(dòng)態(tài)塑性變形技術(shù)： 動(dòng)態(tài)塑性變形（動(dòng)態(tài)塑性變形（Dynamic P

3、lastic DeformationDynamic Plastic Deformation，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱DPDDPD）是指材料在是指材料在很高應(yīng)變速率下很高應(yīng)變速率下發(fā)生的塑性變形，通常這類變形發(fā)生發(fā)生的塑性變形，通常這類變形發(fā)生在在高速撞擊中高速撞擊中。 鎂合金鎂合金在在室溫下的強(qiáng)度較低，塑性也較差室溫下的強(qiáng)度較低，塑性也較差，研究，研究DPDDPD對(duì)對(duì)鎂合金鎂合金的影響可為的影響可為鎂鎂合金合金材料材料加工提供指導(dǎo)意見(jiàn)和方法，提升鎂的工業(yè)加工提供指導(dǎo)意見(jiàn)和方法，提升鎂的工業(yè)價(jià)值。價(jià)值。 本論文著重研究的是本論文著重研究的是AZ31AZ31鎂合金鎂合金在在DPDDPD后，其后，其組織結(jié)構(gòu)的變化

4、組織結(jié)構(gòu)的變化，以，以及及DPDDPD后鎂合金后鎂合金不同方向上拉伸性不同方向上拉伸性能的變化能的變化。實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)部分：u實(shí)驗(yàn)材料實(shí)驗(yàn)材料： 普通商用AZ31AZ31鎂合金鎂合金熱軋板坯Al : 2.95%Zn: 0.94%Mn: 0.41%Si: 0.18%其余為其余為MgMg合金成分合金成分u試驗(yàn)設(shè)備：試驗(yàn)設(shè)備： Instron Dynatup 8120落錘沖擊試驗(yàn)機(jī)， 金相顯微鏡， SHIMADZU AG-X10KN拉伸機(jī)， X-射線衍射儀， 場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（配有EBSD探頭）實(shí)驗(yàn)具體過(guò)程實(shí)驗(yàn)具體過(guò)程：NDRDTD1. 從所選的從所選的AZ31鎂合金板材上沿鎂合金板材上沿NDTD

5、 RD方向切取尺寸為方向切取尺寸為2230 30/(1-)的實(shí)驗(yàn)用試樣的實(shí)驗(yàn)用試樣；其中單位為mm，為DPD變形量2. 利用利用Instron Dynatup 8120落錘沖擊落錘沖擊試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)機(jī)沿試樣沿試樣RD方向方向?qū)ζ溥M(jìn)行對(duì)其進(jìn)行DPD變形，應(yīng)變速率約為變形，應(yīng)變速率約為500s-1，利用模，利用模具控制樣品的應(yīng)變量，分別得到具控制樣品的應(yīng)變量，分別得到1%、3%、5%和和7%的變形樣品；的變形樣品；DPDDPD實(shí)驗(yàn)具體過(guò)程實(shí)驗(yàn)具體過(guò)程：3. 將將DPD后的樣品進(jìn)行后的樣品進(jìn)行去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火； 然后然后在樣品的在樣品的ND-RD面和面和ND-TD面面 上分別切取切取上分別切取切取0

6、和和90拉伸試樣拉伸試樣；拉伸試樣尺寸： 平行段：5.00mm， 寬 度：1.26mm， 厚 度：手工打磨至 0.40mm4. 對(duì)所取對(duì)所取DPD變形后的金相試樣變形后的金相試樣 進(jìn)行進(jìn)行打磨打磨、電化學(xué)拋光電化學(xué)拋光和和腐腐蝕蝕 然后對(duì)腐蝕后的試樣進(jìn)行然后對(duì)腐蝕后的試樣進(jìn)行金金相相 觀察觀察；實(shí)驗(yàn)具體過(guò)程實(shí)驗(yàn)具體過(guò)程：5. 在在SHIMADZU AG-X10KN拉伸機(jī)拉伸機(jī) 上對(duì)拉伸試樣進(jìn)行上對(duì)拉伸試樣進(jìn)行單軸拉伸試驗(yàn)單軸拉伸試驗(yàn)，得到得到不同不同DPDDPD變形量變形量和和不同角度不同角度上的上的拉伸曲線拉伸曲線；6. 對(duì)拉伸后的試樣進(jìn)行對(duì)拉伸后的試樣進(jìn)行EBSD觀察觀察，斷斷 口觀察口觀

7、察，記錄拉伸后試樣的，記錄拉伸后試樣的組織特征組織特征， 對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析討論分析討論，得出，得出最終結(jié)最終結(jié) 論論，撰寫(xiě)論文，撰寫(xiě)論文。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析一一: : AZ31鎂合金試樣鎂合金試樣DPD前的初始組織狀態(tài)前的初始組織狀態(tài)： 從圖從圖1(a)中可以看出，中可以看出，變形前試樣晶粒中變形前試樣晶粒中沒(méi)有孿生沒(méi)有孿生，而且晶粒大小也較為均勻，與通常的軋制態(tài)鎂合金一而且晶粒大小也較為均勻，與通常的軋制態(tài)鎂合金一樣，變形前的試樣具有樣，變形前的試樣具有強(qiáng)烈的強(qiáng)烈的0001基面織構(gòu)基面織構(gòu)。圖1. 試樣DPD前EBSD微觀組織圖2. 試樣初始組織示意圖二二: : 試

8、樣試樣DPD后組織后組織和和力學(xué)性能力學(xué)性能的變化的變化1. DPD后試樣的后試樣的孿生情況孿生情況：u從圖中可以看到，從圖中可以看到，隨著隨著應(yīng)變量應(yīng)變量 的增加的增加，晶粒中出現(xiàn)，晶粒中出現(xiàn)孿生的現(xiàn)孿生的現(xiàn) 象也越來(lái)越多象也越來(lái)越多，這是因?yàn)樽冃?，這是因?yàn)樽冃?量增大量增大,孿生的形核、長(zhǎng)大也增多；孿生的形核、長(zhǎng)大也增多；u7%的孿生體積分?jǐn)?shù)明顯少于的孿生體積分?jǐn)?shù)明顯少于 5%，這是因?yàn)樽冃瘟?，這是因?yàn)樽冃瘟砍^(guò)一定超過(guò)一定 數(shù)值后數(shù)值后，原有孿生開(kāi)始，原有孿生開(kāi)始互相交互相交 叉生長(zhǎng)和覆蓋叉生長(zhǎng)和覆蓋；u除了產(chǎn)生大量的除了產(chǎn)生大量的10-12拉伸孿拉伸孿 晶外（紅色線條）晶外（紅色線條）

9、，還有產(chǎn)生，還有產(chǎn)生 了少量的了少量的壓縮孿晶（紫色線條壓縮孿晶（紫色線條）， 這是因?yàn)槌跏紤B(tài)這是因?yàn)槌跏紤B(tài)試樣試樣并不是理想并不是理想 狀態(tài)的完全基面織構(gòu)狀態(tài)的完全基面織構(gòu)。 試樣在不同變形量下的EBSD成像圖2. DPD后試樣后試樣織構(gòu)的變化織構(gòu)的變化：1%、3%、5%、7%變形量下試樣0001極圖 從圖中可以看出，從圖中可以看出，隨著變形量的增加，隨著變形量的增加，原有的基面織構(gòu)原有的基面織構(gòu)在在DPD沖擊載荷沖擊載荷作用下，作用下，發(fā)生發(fā)生10-12拉伸孿生拉伸孿生的晶粒也越多的晶粒也越多，晶粒，晶粒向向RD方向偏轉(zhuǎn)方向偏轉(zhuǎn)86.3，最終最終呈現(xiàn)出晶粒取呈現(xiàn)出晶粒取向趨于向趨于平行平行

10、RD方向方向。DPDDPDNDRDTD3. DPD后試樣后試樣0方向拉伸方向拉伸的力學(xué)性能：的力學(xué)性能：DPD后后0拉拉伸伸1%、3%、5%、7%變形量下試樣0拉伸極圖, x軸為ND方向. 0拉伸出現(xiàn)拉伸出現(xiàn)“退孿生退孿生”現(xiàn)象，晶?，F(xiàn)象，晶粒重新平行于重新平行于ND方向方向。即0拉伸會(huì)使D P D 時(shí) 發(fā) 生10-12孿生的那些晶?；謴?fù)原狀。不同變形量0拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線u0拉伸試樣在經(jīng)歷了一小段彈拉伸試樣在經(jīng)歷了一小段彈 性變形后，出現(xiàn)了一大段性變形后，出現(xiàn)了一大段“上凹上凹 形形”曲線，這曲線，這就就是在是在0方向進(jìn)方向進(jìn) 行拉伸時(shí)行拉伸時(shí)“退孿生退孿生”所引起的現(xiàn)所引起的現(xiàn) 象。象。

11、0拉伸拉伸應(yīng)力應(yīng)力- -應(yīng)變曲線：應(yīng)變曲線：u在在退孿生結(jié)束退孿生結(jié)束之后，試樣的之后，試樣的孿孿 晶強(qiáng)化效果消失晶強(qiáng)化效果消失，其變形所需，其變形所需 的的應(yīng)力應(yīng)力也就也就降低降低，故曲線呈，故曲線呈下下 降降趨勢(shì)趨勢(shì);而且而且隨著隨著DPD變形量的變形量的 增加增加，試樣的，試樣的屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度和和延伸延伸 率率也增加也增加。4. DPD后試樣后試樣90方向拉伸方向拉伸的力學(xué)性能的力學(xué)性能: :DPD后后90拉拉伸伸1%、3%、7%變形量下試樣90拉伸極圖， x軸為ND方向，z軸為RD方向. 90拉伸拉伸過(guò)程中，原過(guò)程中，原始的始的DPD織構(gòu)并沒(méi)有被織構(gòu)并沒(méi)有被改變改變，說(shuō)明，說(shuō)明90拉

12、伸中拉伸中不存在不存在“退孿生退孿生”活動(dòng)活動(dòng)。90拉伸垂直于晶粒c軸，會(huì)抑制10-12孿生活動(dòng)，而10-11壓縮孿生和非基面滑移會(huì)被激活，主導(dǎo)整個(gè)變形過(guò)程。 90拉伸拉伸應(yīng)力應(yīng)力- -應(yīng)變曲線：應(yīng)變曲線：不同變形量90拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線 隨著隨著DPD變形量的增變形量的增大，試樣的大，試樣的屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度也相應(yīng)也相應(yīng)的的增大增大，這是因?yàn)榇嬖冢@是因?yàn)榇嬖?0-12孿生強(qiáng)化孿生強(qiáng)化機(jī)制，其在機(jī)制，其在DPD變形過(guò)程中會(huì)變形過(guò)程中會(huì)形成孿晶界形成孿晶界以以阻止位錯(cuò)的滑移阻止位錯(cuò)的滑移且且孿晶孿晶內(nèi)部?jī)?nèi)部也會(huì)形成也會(huì)形成位錯(cuò)糾纏位錯(cuò)糾纏，從而導(dǎo)，從而導(dǎo)致了試樣的致了試樣的形變強(qiáng)化形變強(qiáng)化效果，

13、效果，引起了屈服強(qiáng)度的增大引起了屈服強(qiáng)度的增大。90拉伸曲線不像0存在“上凹段”，說(shuō)明90拉伸中不存在“退孿生”活動(dòng)。結(jié)論結(jié)論 本文通過(guò)測(cè)定AZ31鎂合金試樣在1%、3%、5%和7%不同應(yīng)變量下，以及與DPD載荷方向呈0、90夾角拉伸后的組織結(jié)構(gòu)，來(lái)分析DPD變形對(duì)力學(xué)性能的影響，得出以下幾條結(jié)論：1. 隨著隨著DPD變形量的增大，會(huì)引起大量的變形量的增大，會(huì)引起大量的10-12拉伸孿晶形拉伸孿晶形核、長(zhǎng)大，當(dāng)應(yīng)變量核、長(zhǎng)大，當(dāng)應(yīng)變量大于一定數(shù)值時(shí)大于一定數(shù)值時(shí)，原有的孿晶會(huì)相互，原有的孿晶會(huì)相互交叉、生長(zhǎng)和覆蓋，導(dǎo)致交叉、生長(zhǎng)和覆蓋，導(dǎo)致孿晶體積分?jǐn)?shù)的減少孿晶體積分?jǐn)?shù)的減少；2. 在在DPD過(guò)過(guò)程中，隨著變形量的增加，發(fā)生程中，隨著變形量的增加，發(fā)生10-12孿生晶粒孿生晶粒數(shù)目也越多，數(shù)目也越多，孿生孿生織構(gòu)越來(lái)越強(qiáng)織構(gòu)越來(lái)越強(qiáng)；結(jié)論結(jié)論3. DPD后試樣進(jìn)行后試樣進(jìn)行0方向拉伸方向拉伸（即平行于載荷方向），會(huì)發(fā)（即平行于載荷方向），會(huì)發(fā)“退退孿生孿生”現(xiàn)象，從而使晶粒取向恢復(fù)到初始位置，在相應(yīng)的拉