挤压镁合金拉伸变形与断裂行为的研究

摘要

镁合金是实际应用中最轻的结构金属材料，具有较高的比刚度、比强度、良好的电磁屏蔽性、减振性能和散热性能，在航空航天、汽车工业和3C产品领域具有广泛的应用前景。目前铸造镁合金产品用量大于变形镁合金产品，但经过挤压、锻造、轧制等工艺生产出的变形产品具有更好的综合力学性能，从而满足更多样化结构件的需求。然而，目前对变形镁合金的组织、力学性能和断裂行为还缺乏系统的研究，限制了变形镁合金的进一步发展。本文通过金相观察、X-射线衍射、力学性能分析、扫描电镜等分析手段，较系统地研究了挤压AZ91，ZK60，AZ31镁合金在不同条件下的显微组织演变、拉伸变形行为和断裂机理。 主要的研究内容和结果如下： （1）研究了热处理对挤压AZ91和ZK60镁合金拉伸变形与断裂行为的影响，结果表明：AZ91合金固溶态与挤压态相比抗拉强度变化不大，但伸长率有较大幅度的提高；时效硬度峰值时的抗拉强度与固溶态相比有一定的提高，但伸长率有较大幅度的降低。ZK60合金有所不同，固溶态与挤压态相比抗拉强度和伸长率均有相当程度地降低，且时效硬度峰值时的抗拉强度与固溶态相比有一定的提高，但伸长率也有较大幅度的降低。AZ91合金固溶处理后晶粒尺寸与挤压态相比有所增大，但ZK60合金固溶处理后晶粒尺寸显著粗化。同时，两种合金固溶时效处理后伴有强化相粒子析出。两种合金挤压态和固溶态的断口都有韧窝特征，为微孔形核的韧性断裂机制。AZ91时效峰值态的断口则呈现出了韧性与脆性混合断裂的特征，而ZK60时效峰值态的断口有解理河流和解理台阶，呈现出脆性解理断裂的特征。 （2）镁合金的应用由于其室温塑性加工能力差而受到了很大限制，制备超(微)细晶组织是获得高延伸率及超塑性材料的有效方法。本文对采用连续挤压方法制备的细晶AZ31镁合金进行了研究，结果表明：连续挤压能有效的细化AZ31合金的晶粒和改变晶粒取向，致使材料延伸率得到了大幅提高。AZ31合金常规挤压态的断口呈现出韧性与脆性混合断裂的特征，而连续挤压态的断口有韧窝特征，为微孔形核的韧性断裂机制。 （3）此外，本文研究了喷射沉积FVS0812耐热铝合金薄板在温度为250～450℃，应变速率为0.001～0.1s-1下的拉伸变形与断裂行为。结果表明：由于在喷射沉积所制得的细晶材料中出现了更高的动态回复，延伸率不仅随着温度的升高而增加，同时也随着应变速率的提高而加大，与常规铝合金薄板的变化规律恰好相反。