搅拌摩擦加工超细晶镁合金塑性变形行为研究

摘要

AZ31镁合金是目前使用最广泛的变形镁合金，研究超细晶镁合金的塑性变形行为对镁合金的推广应用具有重要的意义。本文以搅拌摩擦加工（Friction Stir Processing，FSP）制备的AZ31超细晶镁合金为研究对象，采用纳米压痕技术探索FSP AZ31镁合金的塑性变形行为；对FSP AZ31镁合金进行高温拉伸，探索其高温塑性变形行为。主要研究结果如下：
　　FSP加工后的区域，不同载荷下加载过程中曲线的重复性较好，而BM区域有所波动，这与材料的组织均匀性有关。BM的最大压入深度大于FSP各个区域。其中，母材（Basal Metal,BM）搅拌区（Stir Zone，SZ）和前进侧的热机械影响区域（Thermo-Mechanical Affected Zone-Advancing Side，TMAZ-AS）、后退侧的热机械影响区域（Thermo-Mechanical Affected Zone-Retreating Side，TMAZ-RS）的最大深度分别为1244.9nm，1156.6nm、1148.3nm和1142.8nm。在载荷为5mN时表现出较高的纳米硬度，其中TMAZ-AS侧的硬度值最高为1.435GPa。随着载荷增加，镁合金的纳米硬度值下降，表现出明显的尺度效应。在不同载荷下，FSP加工区域的杨氏模量保持不变，而BM的杨氏模量随着载荷的增加而减少。FSP区域的压头下的总位错密度、几何必需位错密度和统计存储位错密度高于BM区域。纳米压痕加载过程中，BM和SZ初始屈服强度分别为0.595GPa和0.551GPa，应变硬化指数为0.168和0.169。BM和SZ的宏观抗压屈服分别为0.340GPa和0.406GPa，符合Tabor’s压痕理论。
　　FSP AZ31超细晶镁合金有较好的组织稳定性。在不同的变形参数下AZ31超细晶镁合金均表现出了超塑性。其中，在不同温度下，应变速率为3×10-3s-1，1×10-3s-1时，材料的延伸率高于应变速率为1×10-2s-1和3×10-4s-1时的延伸率；材料在400℃时的超塑性较好。在温度为450℃，应变速率为3×10-3s-1时，超细晶镁合金的超塑性最好，延伸率为1090.8％。在高温拉伸过程中，镁合金的主要变形机制为晶界滑移，晶界滑移后晶界处产生孔洞，孔洞的汇集使得高温拉伸试样发生断裂。

目录

声明

1绪论

1.1引言

1.2搅拌摩擦加工技术简介

1.3镁合金塑性变形理论

1.4纳米压痕技术简介

1.5镁合金塑性变形行为研究现状

1.6课题研究内容及意义

2实验材料与方法

2.1实验材料

2.2实验方案

2.3实验设备及方法

2.4本章小结

3 FSP镁合金组织特征及力学性能

3.1 FSP AZ31镁合金组织形貌及其特征

3.2 宏观显微硬度及单轴拉伸性能

3.3纳米硬度与杨氏模量

3.4尺度效应的影响

3.5塑性参数的计算

3.6等效应变速率计算

3.7屈服强度的估算

3.8本章小结

4 FSP AZ31镁合金高温塑性行为研究

4.1形貌特征和组织稳定性

4.2变形温度对镁合金微观组织及延伸率的影响

4.3应变速率对镁合金微观组织及延伸率的影响

4.4高温拉伸后SEM照片

4.5本章小结

5 结论

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间获奖及发表论文情况