镁铝复合板材的拉压及弯曲性能研究

摘要

密排六方结构的镁合金板材，由于其在室温下只能提供有限的滑移系，故其在室温单轴拉伸与压缩实验时变形机制不一致，最终在塑性变形时呈现出较大的拉压不对称性。而在弯曲加工时，由于内外层的变形机制不同，通常导致应变中性层向外发生偏移。而Mg/Al复合板材，其结合了镁合金密度小、比强度、比刚度高，铝合金的可塑性变形能力强等优点，具有广泛的应用前景。但目前针对镁铝复合材料的拉压及弯曲成型表现方面的研究所见不多。因此，本课题在首先将复合挤压工艺运用在Mg/Al复合挤压板的基础之上，并通过SEM及EDS对复合挤压后的镁铝板材界面处结合程度及扩散层厚度进行观察，对复合挤压工艺做初步的评判。其次运用金相分析、XRD探究在镁铝复合板在复合挤压过程中的组织演变。运用电子背散射衍射技术（EBSD）对弯曲后的板材应变中性层的偏移进行直观的观察，并且在前期设计板材压缩约束装置及三点V型弯曲模具的基础之上，通过力学性能测试（拉伸与压缩）来探究复合板料弯曲中性层的偏移与板材力学性能表现之间的关系。最终系统研究对比了常规挤压后的AZ31板材和经复合挤压后的 AZ31/AZ31和 AZ31/A1板材的拉压不对称性及弯曲性能（此时统一采用的摆放方式为镁层在外侧拉伸区）。此外，在5mm AZ31/Al复合板材基础上，采用不同的电火花线切割方式至3mm板材，以此来构造镁铝复合板料中组分（即镁和铝）不同的厚度比，如下 AZ31(2.5mm)Al(0.5mm)； AZ31(1.5mm)Al(1.5mm)；AZ31(0.5mm)Al(2.5mm)等。在此基础之上，研究了摆放方式及组分比对于镁铝复合板的力学性能及弯曲成型表现的影响。
　　最终得到结果如下：
　　1.复合挤压可以被用来制备镁铝复合板材,在对挤压后的镁铝板材中间扩散层的观察上可发现：其中间扩散层与镁铝层间相互结合的较好，不存在明显空隙，且中间扩散层厚度较为适宜，约为3.6um左右。
　　2.在AZ31，AZ31/AZ31，AZ31/Al三种板材弯曲成型对比中发现：AZ31/AZ31和AZ31板材在弯曲时均发生了断裂，但AZ31/AZ31板材的最大弯曲载荷要明显小于 AZ31板材。而对于 AZ31/Al这种复合板材而言，其弯曲成型性能较好，且无明显微裂纹发生。
　　3.在研究摆放及厚度比对镁铝复合材料弯曲成型能力的影响时发现，AZ31/Al板材整体的拉压不对称性能随着Al含量的增加而呈现下降的趋势。此外，摆放方式和镁，铝层的成分厚度比严重影响着弯曲成型表现，其在弯曲载荷-位移曲线得到明显具体的体现。首先弯曲成型所需的载荷和应变中性层偏移及随之的弯曲后板料厚度等均随着摆放方式及成分厚度比变化而变化。值得注意的是，当成分比为AZ31(2.5mm)Al(0.5mm)此种复合板材在两种摆放方式下均发生了断裂，且裂纹均在镁层表面萌生。而其他两种组分比的镁铝复合板材在两种摆放方式下均能较好的弯曲成型。

目录

1 绪 论

1.1 引言

1.2镁合金，铝合金概述

1.3 镁合金的拉压不对称性及弯曲性能研究现状

1.4金属板材复合材料的制备及弯曲性能研究的现状

1.5复合挤压

1.6 本课题的研究目的，意义与内容

2 实验材料及实验方法

2.1 试验方案

2.2 板料压缩约束模具及三点V型弯曲模具的设计

2.3复合挤压板的制备

2.4力学性能测试

2.5实验表征方法

3 组织观察

3.1 AZ31，AZ31/AZ31，AZ31/Al板材组织观察比较

3.2镁铝间中间扩散层观察

4 复合板料的拉压不对称性

4.1拉压不对称性

4.2三种板材整体的拉压不对称性比较

4.3组分厚度比对板材整体拉压不对称的影响

5 板材弯曲性能

5.1 AZ31，AZ31/AZ31，AZ31/Al三种材料弯曲性能比较

5.2厚度比及摆放方式对Mg/Al复合板材弯曲性能的影响

5.3应变中性层的偏移

6 结论

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录