ZK60镁合金塑性变形行为的实验与模拟研究

摘要

本文选用具有强烈基面织构的固溶态及时效态ZK60镁合金板材，从不同方向对材料进行拉伸压缩变形。利用金相实验、电子背散射衍射（EBSD）等实验手段对镁合金的微观组织进行了表征。同时本文借助晶体塑性理论对材料变形的微观机制进行了模拟，重点研究了固溶及时效对材料变形的各向异性及拉压不对称性的影响，得到如下结论：
　　①固溶态ZK60镁合金在175℃进行时效处理10h之后，材料的基面织构得到了保留，但由于析出相的引入，材料沿不同方向变形的强度有着不同程度的提高。利用 VPSC粘塑性自洽模型，可以完美拟合固溶态和时效态镁合金沿不同方向拉伸压缩过程中的应力-应变曲线。
　　②当沿轧板面RD方向进行拉伸时，固溶态和时效态的主导变形机制为基面滑移和柱面滑移。利用VPSC模拟材料的r值，发现时效处理后，材料的平均r值下降，试样沿厚度方向的变形能力得到了提高，其主要原因在于时效处理抑制了柱面滑移的启动，但是却促进了基面滑移的启动，因此会导致晶体产生不同程度的转动，进而影响到锥面滑移在两种状态材料中的启动量。
　　③ ZK60镁合金在不同方向变形的织构演变差异主要来自于其微观启动机制的不同，时效处理不改变材料的主导变形机制，因而固溶态和时效态材料的织构演变规律是相同的。但是，模拟结果表明时效处理会促进压缩孪晶以及二次压缩孪晶的启动，因而90°压缩和0°压缩样的织构产生了差异。
　　④时效处理可以强化材料在屈服变形中各个主导变形机制，因而时效处理同时提高了材料拉伸和压缩的屈服应力。但是由于时效处理对不同主导变形机制的强化程度不一样，故材料的拉压不对称性提高。
　　⑤时效态ZK60材料在沿RD压缩过程中，其主导变形机制为{10-12}拉伸孪生和基面滑移，时效处理虽然会提高孪晶的启动应力，但是却不会影响在塑性变形过程中孪晶的长大。由于{10-12}拉伸孪生的临界剪切应力CRSS远远低于启动柱面滑移所需要的CRSS，所以ZK60镁合金在屈服过程中表现出来明显的拉压不对称性。

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1 绪 论

1.1 课题背景及意义

1.2 镁合金的塑性变形机制

1.3 固溶及时效处理对镁合金变形行为的影响

1.4 晶体塑性模拟研究现状

1.5 论文各部分主要内容

2 实验材料及方法

2.1 实验材料

2.2 热处理工艺

2.3 力学性能测试

2.4 材料微观组织表征

2.5 本章小结

3 晶体塑性模拟理论及计算方法

3.1 变形运动学

3.2 粘塑性自洽模型（VPSC）的本构方程

3.3 夹杂形式

3.4 滑移过程中的晶体转动计算

3.5 粘塑性自洽模型的硬化规律

3.6 晶体塑性模拟的孪生模型

3.7 本章小结

4 不同热处理对ZK60各向异性及拉压不对称性的影响

4.1 ZK60镁合金的微观组织及力学性能

4.2 不同热处理过程对ZK60各向异性的影响

4.3 不同热处理过程对ZK60拉压不对称性的影响

4.4 本章小结

5 结 论

致谢

参考文献

附录 作者攻读硕士学位期间发表的论文目录