AZ31鎂合金的變形行為及孿生機理研究.pdf

1、本文對具有擠壓織構和壓縮織構的AZ31鎂合會進行了組織性能測試,實驗結果表明孿生對AZ31鎂合會的各向異性及拉壓不對稱性具有重要的影響。為了深入了解鎂合金孿生變形機理,本文建立了一套全新的原子模型來描述鎂合金的{1012}孿生、{1011}孿生和{1013)孿生過程中原子的運動規(guī)律,并在此基礎上提出了3個用來衡量鎂合金孿生發(fā)生難易的新參數(shù):第一個是QPAG單元的旋轉角度α;第二個是QPAG單元之問的相對滑移量λ;第三個是孿生過程中原子需

2、要克服的原子變形量ε。這三個參數(shù)中的λ和ε可以作為衡量孿生發(fā)生難易的參數(shù),該參數(shù)越大,孿生越難發(fā)生,這與實驗結果是一致的。這兩個參數(shù)作為衡量孿生發(fā)生難易的參數(shù)不是偶然的,而是具有實際的物理意義的,因為較大的QPAG單元滑動量和原子變形量意味著孿生的激活需要克服更高的應力。此外,QPAG原子群模型還可以很好地解釋關于孿生的實驗現(xiàn)象,如孿晶長大、退孿生以及孿生再結晶等。根據(jù)這些研究結果主要得到如下結論。
　　 ①對在723K下進行5

3、h的均勻化的AZ31鎂合金試樣進行不同變形量的室溫壓縮實驗,發(fā)現(xiàn)室溫壓縮產(chǎn)生的孿生組織隨著變形量的增加而增加,形態(tài)也發(fā)生變化,孿晶的形狀由最初的直而窄發(fā)展到寬而彎。對應變量0.1的室溫壓縮試樣的EBSD分析表明,變形所獲得孿晶絕大部分為{1012)拉伸孿晶,只有極少量的{1011}壓縮孿晶。對退火后的室溫壓縮樣進行組織觀察發(fā)現(xiàn)在孿晶內(nèi)部部析出了細小的再結晶晶粒。
　　 ②首次通過建立QPAG單元模型,揭示了AZ31鎂合金孿生過程

4、中原子的運動規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)孿生中原子的運動可以歸結為QPAG單元的旋轉,由于在QPAG單元內(nèi)部不存在孿生阻力,所以可以認為孿生的阻力主要來自于QPAG單元之間的相對運動。在{1012}孿生中QPAG單元旋轉15.9°,相鄰的QPAG單元在界面處會發(fā)生0.349a的相對位移。
　　 ③在{1012}孿生中建立的QPAG模型也適用于描述{1011}孿生中的原子運動,在{1011}孿生中原子的運動仍然可以歸結為QPAG單元的旋轉,但是

5、在{1011}孿生中存在兩種運動模式不同的QPAG單元:一種只是簡單地在y-o-z面內(nèi)旋轉;另一種不僅在y-o-z面內(nèi)旋轉,還要沿y軸移動0.5a的距離。這兩種單元呈現(xiàn)出交替分布的特點,他們在孿生中都旋轉14.7°,單元之間相鄰原子的相對位移量為0.517a。盡管{1011}孿生中的QPAG單元旋轉角度小于{1012}的,但由于其第二類QPAG單元的出現(xiàn),致使其原子的運動復雜程度大大提高,進而導致了單元原子相對滑移量的增加,這是導致最終

6、{1011}孿生較{1012}孿生難發(fā)生的主要原因。
　　 ④QPAG模型還適用于描述{1013}孿生中的原子運動。在{1013}孿生中與{1011}孿生相似,也存在兩種交替分布的QPAG單元:一種只是簡單地在y-o-z面內(nèi)旋轉;另一種不僅在y-o-z面內(nèi)旋轉,還有沿旋轉軸向平移0.Sa的距離。但不同的是{1013}中的QPAG單元與{1011}中的呈“手性”關系。這兩種QPAG單元在孿生過程中都只旋轉6.3°,但鄰近單元之間原

7、子的相對位移量為0.539a,高于{1011}孿生的0.517a,這可能是其較{1011}孿生更為少見的主要原因。
　　 ⑤鎂合金孿生中QPAG原子群單元的旋轉具有傳遞性。鎂合金在孿生的過程中,其原子需要克服一定的彈性形變,該原子彈性形變存在一個孿生臨界值,在形變達到臨界值之前,撤消應力原子回到初始位置,材料不發(fā)生塑性變形;當變形超過臨界值時,孿生瞬問發(fā)生。鎂合金基體中的層錯原子在孿生后的孿晶區(qū)因無法到達正常的格點位置而以混排原

8、子的形式出現(xiàn),這些混排原子處于熱力學上的高能量狀態(tài),容易成為再結晶的形核點。
　　 ⑥鎂合金中的孿晶界可以看做是由位向處于基體和孿晶之間的漸變QPAG原子群單元組成。孿晶界可以通過QPAG單元的旋轉實現(xiàn)垂直于其法向的移動:當QPAG單元的旋轉使晶界向基體方向運動時,孿晶長大;當QPAG單元的旋轉使晶界向孿晶方向運動時,發(fā)生退孿晶。鎂合金的基面滑移總是伴隨著晶粒轉動和晶界運動。由于孿晶界的特殊的原子排列使孿晶界滑移和伸縮難以實現(xiàn),

9、當基體和孿晶處于基面滑移的應力軟取向時,孿晶界附近將發(fā)生位錯積聚,成為斷裂源的增殖區(qū)。
　　 ⑦在{1012}孿生,{1011}孿生和{1013}孿生中,原子需要克服變形量分別為0.024,0.031和0.038。這與AZ31鎂合金室溫壓縮時所觀察到的產(chǎn)生的孿晶絕大多數(shù)為{1012}孿晶,只有極少數(shù)為{1011}孿晶,而未發(fā)現(xiàn){1013}孿晶的實驗結果是一致的。這說明影響鎂合金孿生變形難易程度的本質因素是孿生過程中原子需要克服的