AZ31鎂合金的形變孿生行為及孿生機(jī)制.pdf

1、孿生在鎂合金的塑性變形中起著重要的作用,是導(dǎo)致鎂合金低屈服、拉壓屈服不對(duì)稱以及各向異性等的主要原因。要解決這些問(wèn)題,研究基于孿生的材料強(qiáng)化機(jī)制是關(guān)鍵。但是到目前為止,材料學(xué)中的強(qiáng)化機(jī)制幾乎都是建立在阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上的,基于孿生的強(qiáng)化機(jī)制還沒(méi)有完善,主要原因在于對(duì)孿生的行為及機(jī)制還沒(méi)有完全弄明白,因此對(duì)鎂合金的形變孿生行為及其機(jī)理展開(kāi)進(jìn)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(guò)程中的組織與織構(gòu)演變情況入手,揭示了

2、擠壓鎂合金壓縮孿生變形過(guò)程組織演變的本質(zhì),探討了通過(guò)預(yù)變形引入片層狀{1012}孿晶改善鎂合金拉壓不服不對(duì)稱的可能性。在此基礎(chǔ)上,為了深入地研究鎂合金中{1012}孿生的機(jī)制,本文從孿生過(guò)程原子運(yùn)動(dòng)的角度出發(fā),建立了鎂合金{1012}孿生原子群?jiǎn)卧\(yùn)動(dòng)模型,揭示孿生過(guò)程原子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。主要結(jié)論如下：
　　①對(duì)擠壓AZ31鎂合金進(jìn)行沿?cái)D壓方向(ED)的單向壓縮變形,發(fā)現(xiàn)在光學(xué)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(jié)果分析似乎這個(gè)過(guò)程產(chǎn)生了退孿生,但是織構(gòu)演變分析表明這個(gè)過(guò)程并沒(méi)有發(fā)生退孿生。造成這一組織演變的實(shí)質(zhì)是孿晶形核、長(zhǎng)大與合并,導(dǎo)致在顯微組織分析中呈現(xiàn)出類似于退孿生的現(xiàn)象。
　?、谘劓V合金ED方向的預(yù)先壓縮對(duì)隨后垂直于ED方向壓縮的力學(xué)性能有重要影響。研究表明,ED方向上的預(yù)先壓縮能夠明顯地提高垂直于ED方向壓縮的屈服強(qiáng)度,這主要是因?yàn)镋D方向上的預(yù)壓縮導(dǎo)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(shí)變形機(jī)制由基面滑移容易啟動(dòng)轉(zhuǎn)變到不容易啟動(dòng),導(dǎo)致屈服強(qiáng)度比不存在預(yù)變形的試樣高。同時(shí),由于不同施載模式下孿生變體啟動(dòng)的數(shù)量不一樣,孿晶的形貌也不一樣。對(duì)于擠壓鎂合金,當(dāng)沿ED方向壓縮3％時(shí)從垂直于ED的橫截面上觀察,同一個(gè)晶粒內(nèi)的孿晶幾乎都是相互平行的。但是對(duì)于先沿ED方向預(yù)壓縮8％再垂直于ED壓縮3％的試樣,對(duì)于同一方向上的觀察面,由于后者孿生變體啟動(dòng)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(guò)預(yù)變形引入片層狀{1012}孿晶對(duì)隨后拉伸、壓縮變形的力學(xué)行為有重要的影響。在預(yù)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(qiáng)度隨著預(yù)變形量的增加而逐步增大,而拉伸屈服強(qiáng)度則隨著預(yù)變形量從零開(kāi)始到1.7％左右迅速降低,此后隨著預(yù)變形量的增加,拉伸屈服強(qiáng)度幾乎保持不變。導(dǎo)致拉伸屈服強(qiáng)度降低的原因主要是在反向拉伸過(guò)程中產(chǎn)生了退孿生。預(yù)變形

6、量小于約1.1％時(shí),拉壓不對(duì)隨著預(yù)變形量的增加逐漸降低,但此后隨著預(yù)變形量的繼續(xù)增大,拉壓屈服不對(duì)稱又開(kāi)始升高。由此可推斷,如果控制好合適的預(yù)變形量,對(duì)改善鎂合金的拉壓不對(duì)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(guò)程。通過(guò)控制預(yù)變形量即可實(shí)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(duì)加工硬化的貢獻(xiàn)。在擠壓態(tài)AZ31鎂合金中通過(guò)控制壓縮預(yù)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(guò)程中表現(xiàn)出不同的加工硬化行為。沒(méi)有預(yù)變形的試樣在拉伸變形中加工硬化率不存在隨應(yīng)變量增大而上升的階段;3％和9％預(yù)變形試樣雖然都存在這個(gè)階段,但是3％預(yù)變形試樣在較低伸長(zhǎng)量時(shí)加工硬化率就開(kāi)始下降,而9％預(yù)變形試樣的加工硬化率則延續(xù)到較高伸長(zhǎng)量時(shí)才開(kāi)始下降。由于預(yù)變形量小的試樣退孿生率先完成,這驗(yàn)證了由{1012}孿生引起的織構(gòu)強(qiáng)化對(duì)合金的加工硬化有著重要的作用。同時(shí),由于退孿

8、生對(duì)塑性變形的貢獻(xiàn),預(yù)變形量越大的試樣在隨后反向拉伸時(shí)具有越高的伸長(zhǎng)量。
　　⑤通過(guò)建立直角坐標(biāo)系計(jì)算孿生過(guò)程原子的位移矢量,可把孿生過(guò)程原子的運(yùn)動(dòng)歸結(jié)為原子群?jiǎn)卧男D(zhuǎn)和平移。對(duì)AZ31鎂合金,原子群?jiǎn)卧男D(zhuǎn)角為15.86°,每一層單元體之間的相對(duì)平移矢量為bT(bT=0.049nm)。無(wú)數(shù)個(gè)原子群?jiǎn)卧男D(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(yùn)動(dòng)1/6〈1010〉矢量可導(dǎo)致原子群?jiǎn)卧D(zhuǎn),