擠壓變形Mg-Al和Mg-Zn系鎂合金的力學(xué)行為.pdf

1、由于鎂合金在降低產(chǎn)品重量、節(jié)省能源及增強(qiáng)產(chǎn)品可靠性等方面所具有的優(yōu)勢(shì)，鎂合金的開(kāi)發(fā)應(yīng)用引起了人們的高度重視。近年來(lái)，隨著汽車(chē)工業(yè)和電子工業(yè)的迅速發(fā)展，大量的鎂合金結(jié)構(gòu)件被生產(chǎn)出來(lái)，代替塑料、鋁合金甚至鋼制零件，預(yù)計(jì)鎂合金將成為本世紀(jì)最重要的商用輕質(zhì)金屬結(jié)構(gòu)材料。由于變形鎂合金比鑄造鎂合金具有更高的強(qiáng)度和塑性，因此，變形鎂合金已經(jīng)在鎂質(zhì)材料的未來(lái)廣泛應(yīng)用中呈現(xiàn)出越來(lái)越大的潛力。顯然，針對(duì)變形鎂合金的組織、結(jié)構(gòu)與性能開(kāi)展研究不僅可為新型變形

2、鎂合金的開(kāi)發(fā)奠定理論基礎(chǔ)，也可為變形鎂合金結(jié)構(gòu)件的安全設(shè)計(jì)和合理使用提供可靠的理論依據(jù)。為此，本文主要針對(duì)不同加工處理狀態(tài)的擠壓變形AM50和AZ91合金的拉伸行為和低周疲勞行為進(jìn)行了研究，確定了試驗(yàn)溫度和熱處理對(duì)擠壓變形AM50和AZ91合金的拉伸性能和疲勞性能的影響。此外，還針對(duì)擠壓變形AZ81合金以及等通道轉(zhuǎn)角擠壓 ZK40合金的超塑性變形行為進(jìn)行了研究，并探討了試驗(yàn)溫度對(duì)兩種合金的超塑性能的影響以及相應(yīng)的超塑性變形機(jī)制。

3、 拉伸行為研究結(jié)果表明，隨著試驗(yàn)溫度的升高，不同加工處理狀態(tài)的擠壓變形 AM50和AZ91合金的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度降低，而斷裂伸長(zhǎng)率則不斷增大。經(jīng)固溶處理(T4)的擠壓變形 AM50和AZ91 合金的晶粒發(fā)生了長(zhǎng)大，導(dǎo)致力學(xué)性能有所下降；若固溶處理后再進(jìn)行時(shí)效處理 (T6)，因?yàn)橛袕浬⒓?xì)小的第二相(Mg<,17>Al<,12>)析出，可起到強(qiáng)化作用，兩種合金的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度得以提高；熱擠壓后直接進(jìn)行人工時(shí)效處理(T5)，可導(dǎo)致強(qiáng)化相

4、析出，故可有效地提高AM50合金的室溫和高溫拉伸性能以及AZ91合金的室溫拉伸性能。對(duì)不同加工處理狀態(tài)的擠壓變形AM50和AZ91合金的拉伸斷口形貌分析顯示，室溫下，合金表現(xiàn)出韌性和脆性混合斷裂特征，而在高溫下，韌窩數(shù)量多且較深，可以確定合金基本發(fā)生韌性斷裂。 低周疲勞行為研究結(jié)果表明，擠壓變形AM50與AZ91鎂合金的循環(huán)應(yīng)力響應(yīng)行為與外加總應(yīng)變幅及其加工處理狀態(tài)密切相關(guān)。在較大的外加總應(yīng)變幅下，不同加工處理狀態(tài)的擠壓變形鎂合

5、金可表現(xiàn)為循環(huán)應(yīng)變硬化及循環(huán)穩(wěn)定；而在較低的外加總應(yīng)變幅下，這些合金在疲勞變形初期常表現(xiàn)為循環(huán)穩(wěn)定，甚至呈現(xiàn)循環(huán)軟化，但是在疲勞變形后期則發(fā)生比較明顯的循環(huán)應(yīng)變硬化；固溶處理和時(shí)效處理均可在一定程度上改變擠壓變形 AM50與AZ91 鎂合金的循環(huán)應(yīng)力響應(yīng)行為。對(duì)于不同加工處理狀態(tài)的擠壓變形AM50 與 AZ91 鎂合金而言，其彈性應(yīng)變幅、塑性應(yīng)變幅與斷裂時(shí)的反向循環(huán)周次之間的關(guān)系表現(xiàn)為單斜率線(xiàn)性行為，并分別服從 Basquin 和 Co

6、ffin-Manson 公式。在較高的外加總應(yīng)變幅下，兩種擠壓變形鎂合金的循環(huán)滯后回線(xiàn)上對(duì)應(yīng)于壓縮變形部分的寬度明顯大于拉伸變形部分的寬度，呈現(xiàn)拉、壓不對(duì)稱(chēng)循環(huán)變形行為。在外加總應(yīng)變幅為 1.5％時(shí)，在不同加工處理狀態(tài)的兩種擠壓變形鎂合金的循環(huán)滯后回線(xiàn)上出現(xiàn)了鋸齒狀屈服現(xiàn)象，說(shuō)明合金在疲勞變形期間發(fā)生了動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效。此外，兩種擠壓變形鎂合金的拉伸滯后能與合金的疲勞壽命之間存在線(xiàn)性關(guān)系，據(jù)此可以預(yù)測(cè)合金的低周疲勞壽命。疲勞斷口形貌分析結(jié)果

7、表明，不同加工處理狀態(tài)的擠壓變形AM50與AZ91合金的疲勞裂紋均以穿晶方式萌生于試樣表面，并以穿晶方式擴(kuò)展。 超塑性變形行為研究結(jié)果表明，在1×10<'-3>s<'-1>的初始應(yīng)變速率下，擠壓變形AZ81合金的斷裂伸長(zhǎng)率隨著試驗(yàn)溫度的升高呈單調(diào)增加趨勢(shì)，可由200℃時(shí)的94％提高至到350℃時(shí)的446％；在300℃和350℃下，擠壓變形AZ81合金在中等應(yīng)變速率(10<'-4>s<'-1>～10<'-2>s<'-1>)范圍內(nèi)的

8、應(yīng)變速率敏感性指數(shù)m值相對(duì)較高，而在較高應(yīng)變速率(大于10<'-2>s<'-1>)范圍內(nèi)的m值相對(duì)較低；擠壓變形AZ81合金的超塑性變形機(jī)制是由晶界擴(kuò)散或晶格擴(kuò)散協(xié)調(diào)的晶界滑移，且主要受試驗(yàn)溫度的影響。在1×10<'-3> s<'-1>的初始應(yīng)變速率下，經(jīng)過(guò)1道次和3道次等通道轉(zhuǎn)角擠壓的ZK40合金的斷裂伸長(zhǎng)率均隨著溫度的升高呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，且可在250℃時(shí)分別達(dá)到212％和612％的最大斷裂伸長(zhǎng)率，表現(xiàn)出明顯的低溫超塑性；等通