镁合金中形变孪晶间的应变协调效应及其变体选择机制

摘要

本文以研究镁合金中形变孪晶间的应变协调效应及其变体选择机制为主要目的。以商业AZ31热轧板为初始材料，通过压缩、拉伸、轧制等多种变形方式对其进行一定量的塑性变形。变形组织中观察到晶内多孪晶、孪晶对、孪晶链、长孪晶带等多种孪晶图案以及不同类型的二次孪晶。重点利用(原位)电子背散射衍射(EBSD)技术表征了孪晶图案的形貌和取向关系，结合(广义)Schmid定律和局部应变协调效应(m?判据)研究了孪晶发生与变体选择机制。
　　迹线分析是取向旋转法鉴定孪晶变体的重要补充，但对观察面依赖。研究发现，AZ31板压缩中Schmid factor(SF)最大相对变体的迹线角在平行c轴和压缩方向的观察面上分布在高角度(79?86?)，利于从中区分实际变体，因此镁合金压缩中迹线分析变体的最佳观察面总平行c轴和压缩方向。轧制中孪晶活度对晶粒取向高度依赖，通过分析轧制中的侧向应力，发现文献中应用于孪晶的修正Schmid判据对应相同的应力状态，具有一致性。考虑侧向应力的广义Schmid定律不仅能解释孪晶的变体选择，而且能预测孪晶活度随织构的变化规律。
　　AZ31板沿横向(TD)压缩中出现了多种{101_2}拉伸孪晶图案，如晶内多孪晶、晶间孪晶对和孪晶链。沿接近晶粒<101_0>压缩时，晶内六个孪晶变体中一对相对变体的S F非常大，因此这两个变体都容易激活。当接近<112_0>压缩时，晶内四个变体的SF比较大且接近，此时相邻变体因为应变相容性最好(m?最高)而经常激活。晶界处的孪晶传递形成孪晶对或孪晶链，孪晶对通常有较高的m?和SF，其中被诱导孪晶也可能有较低的SF。统计结果显示，孪晶间的应变协调效应在孪晶对中普遍存在，可以激活一定量的non-Schmid孪晶；高m?不是Schmid定律主导变体选择的结果。细晶强织构轧制中孪晶传递能力进一步增强，形成了长孪晶带。长孪晶带中的孪晶都有较高的SF且相连孪晶间有高m?(通常>0.8)，说明应变协调效应与Schmid定律协同决定孪晶变体选择且促进长孪晶带形成。原位EBSD获得的图像质量图显示，孪晶应变在拉伸过程中穿过晶界传递到相邻晶粒，证实了晶间孪晶传递现象和孪晶间的应变协调效应。另外，原位观察到孪晶独立在孪晶界和晶内成核等现象。
　　AZ31板沿法向(ND)拉伸中超大晶粒的初级{101_2}孪晶交割处出现了大量{101_2}?{101_2}二次孪晶。统计发现，(交割孪晶?二次孪晶)晶界取向关系择优分布在49?<9_094>，这与初级和二次孪晶变体选择有关。相互交割的初级孪晶通常来自晶内应变相容性最好的相邻变体；二次孪晶经常在与其母体孪生面相邻的两个孪生系统上激活，其中与交割孪晶应变不相容性较低的孪生系统激活频率更高。{1011}?{101_2}二次孪晶变体与初始母体有四种不同的取向关系，对应四个二次变体，它们的择优出现依赖具体的变形方式。单独利用Schmid定律或局部应变协调效应(m?判据)都无法解释这种依赖性。本文基于初级和二次孪晶变体间的应变相容性和Schmid定律提出一种复合Schmid因子mc，能够统一解释三种变形方式下二次孪晶变体的激活规律及择优差异。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 课题背景

1.2 镁的塑性变形机制

1.3 孪生效应与力学性能

1.4 孪晶变体鉴定和选择判据

1.5 镁中孪晶研究存在的科学问题

1.6 论文的研究目的、意义及主要内容

2 实验与研究方法

2.1 塑性变形工艺

2.2 微观组织表征方法

2.3 孪晶变体分析及GSF和m'计算

3 孪晶变体鉴定方法优化和广义Schmid定律

3.1 引言

3.2 实验材料与方法

3.3 孪晶变体鉴定方法优化

3.4 孪生行为的广义Schmid定律

3.5 本章小结

4 初级孪晶间的应变协调与变体选择

4.1 引言

4.2 实验材料与方法

4.3 晶内多孪晶现象与变体选择规律

4.4 晶间孪晶传递现象与变体选择规律

4.5 孪晶间应变协调效应的普遍性和重要性

4.6 孪晶传递的原位验证

4.7 本章小结

5 二次孪晶间的应变协调与变体选择

5.1 引言

5.2 实验材料与方法

5.3 EEST的微结构特征与变体选择机制

5.4 CEST间的应变协调与变体选择机制

5.5 本章小结

6 结论与创新点

6.1 主要结论

6.2 主要创新点

致谢

参考文献

附录

作者在攻读博士期间发表的学术论文