AZ31鎂合金的形變孿生行為及孿生機制.pdf

1、孿生在鎂合金的塑性變形中起著重要的作用,是導致鎂合金低屈服、拉壓屈服不對稱以及各向異性等的主要原因。要解決這些問題,研究基于孿生的材料強化機制是關鍵。但是到目前為止,材料學中的強化機制幾乎都是建立在阻礙位錯運動的基礎上的,基于孿生的強化機制還沒有完善,主要原因在于對孿生的行為及機制還沒有完全弄明白,因此對鎂合金的形變孿生行為及其機理展開進一步的研究顯得尤為必要。本文從研究AZ31擠壓鎂合金在孿生變形過程中的組織與織構演變情況入手,揭示了

2、擠壓鎂合金壓縮孿生變形過程組織演變的本質(zhì),探討了通過預變形引入片層狀{1012}孿晶改善鎂合金拉壓不服不對稱的可能性。在此基礎上,為了深入地研究鎂合金中{1012}孿生的機制,本文從孿生過程原子運動的角度出發(fā),建立了鎂合金{1012}孿生原子群單元運動模型,揭示孿生過程原子運動的規(guī)律。主要結論如下：
　　①對擠壓AZ31鎂合金進行沿擠壓方向(ED)的單向壓縮變形,發(fā)現(xiàn)在光學顯微組織分析中孿晶數(shù)量先是隨著變形量的增大而增大,之后隨著

3、變形量的繼續(xù)增大孿晶逐漸減少甚至消失。從組織觀察結果分析似乎這個過程產(chǎn)生了退孿生,但是織構演變分析表明這個過程并沒有發(fā)生退孿生。造成這一組織演變的實質(zhì)是孿晶形核、長大與合并,導致在顯微組織分析中呈現(xiàn)出類似于退孿生的現(xiàn)象。
　　②沿鎂合金ED方向的預先壓縮對隨后垂直于ED方向壓縮的力學性能有重要影響。研究表明,ED方向上的預先壓縮能夠明顯地提高垂直于ED方向壓縮的屈服強度,這主要是因為ED方向上的預壓縮導致合金晶粒取向發(fā)生轉(zhuǎn)變,以致

4、在隨后垂直于ED壓縮時變形機制由基面滑移容易啟動轉(zhuǎn)變到不容易啟動,導致屈服強度比不存在預變形的試樣高。同時,由于不同施載模式下孿生變體啟動的數(shù)量不一樣,孿晶的形貌也不一樣。對于擠壓鎂合金,當沿ED方向壓縮3％時從垂直于ED的橫截面上觀察,同一個晶粒內(nèi)的孿晶幾乎都是相互平行的。但是對于先沿ED方向預壓縮8％再垂直于ED壓縮3％的試樣,對于同一方向上的觀察面,由于后者孿生變體啟動的情況不一樣,孿晶特征也有較大的差別,有的晶粒內(nèi)孿晶是相互平行

5、的,有的晶粒內(nèi)孿晶則是相交的,交角約為60°。
　?、墼跀D壓態(tài)鎂合金中通過預變形引入片層狀{1012}孿晶對隨后拉伸、壓縮變形的力學行為有重要的影響。在預壓縮變形中,產(chǎn)生了片層狀的{1012}孿晶。在隨后的變形中,壓縮屈服強度隨著預變形量的增加而逐步增大,而拉伸屈服強度則隨著預變形量從零開始到1.7％左右迅速降低,此后隨著預變形量的增加,拉伸屈服強度幾乎保持不變。導致拉伸屈服強度降低的原因主要是在反向拉伸過程中產(chǎn)生了退孿生。預變形

6、量小于約1.1％時,拉壓不對隨著預變形量的增加逐漸降低,但此后隨著預變形量的繼續(xù)增大,拉壓屈服不對稱又開始升高。由此可推斷,如果控制好合適的預變形量,對改善鎂合金的拉壓不對稱是有利的。
　?、芡藢\生本質(zhì)上是在已孿生區(qū)發(fā)生的孿生過程。通過控制預變形量即可實現(xiàn)在隨后的反向受力變形中得到不同的最大退孿生體積,考察不同退孿生體積試樣的加工硬化行為能夠更加直觀地反映孿生對加工硬化的貢獻。在擠壓態(tài)AZ31鎂合金中通過控制壓縮預變形量可以得到不

7、同的孿生體積,這些含有不同已孿生體積的試樣在隨后反向拉伸變形的過程中表現(xiàn)出不同的加工硬化行為。沒有預變形的試樣在拉伸變形中加工硬化率不存在隨應變量增大而上升的階段;3％和9％預變形試樣雖然都存在這個階段,但是3％預變形試樣在較低伸長量時加工硬化率就開始下降,而9％預變形試樣的加工硬化率則延續(xù)到較高伸長量時才開始下降。由于預變形量小的試樣退孿生率先完成,這驗證了由{1012}孿生引起的織構強化對合金的加工硬化有著重要的作用。同時,由于退孿

8、生對塑性變形的貢獻,預變形量越大的試樣在隨后反向拉伸時具有越高的伸長量。
　?、萃ㄟ^建立直角坐標系計算孿生過程原子的位移矢量,可把孿生過程原子的運動歸結為原子群單元的旋轉(zhuǎn)和平移。對AZ31鎂合金,原子群單元的旋轉(zhuǎn)角為15.86°,每一層單元體之間的相對平移矢量為bT(bT=0.049nm)。無數(shù)個原子群單元的旋轉(zhuǎn)和平移即可得到一定厚度的孿晶。
　?、捩V晶胞中靠近孿生面的B位原子運動1/6〈1010〉矢量可導致原子群單元旋轉(zhuǎn),