1、AZ31鎂合金動態塑性變形對拉鎂合金動態塑性變形對拉伸性能的影響伸性能的影響 答 辯 人： 魏小龍 學 號 ：20083934 班 級 ：09級材加2班 指導老師 ：張喜燕 教授論文題目：課題課題研究研究背景背景： 鎂合金是目前工程應用中鎂合金是目前工程應用中比重最輕比重最輕的金屬結構材料的金屬結構材料; ;3C3C產品產品汽車行業汽車行業航空航天等國防軍航空航天等國防軍工工通用機械通用機械鎂鎂鋁鋁鋼鋼密度密度g/cm31.82.77.9比阻尼系數比阻尼系數60%2%10% 除了優秀的力學性能外，還具除了優秀的力學性能外，還具有有導熱性好、電磁屏蔽能力強導熱性好、電磁屏蔽能力強的特的特點點。鎂

2、合金塑性加工中的問題：鎂合金塑性加工中的問題： 由于由于加工成本加工成本的原因，現有鎂合金產品中，變形鎂金只占約的原因，現有鎂合金產品中，變形鎂金只占約10%10%，急需發展最具市場潛力的，急需發展最具市場潛力的低成本擠壓型材和軋制板材低成本擠壓型材和軋制板材。主要問題主要問題易形變易形變加工開加工開裂裂可承受可承受的變形的變形速率低速率低精整矯直精整矯直困難困難成材率成材率低低解決途徑解決途徑鎂合金塑性變鎂合金塑性變形理論體系的形理論體系的基礎研究基礎研究塑性加工過程塑性加工過程中組織精細化中組織精細化控制控制動態塑性變形技術動態塑性變形技術： 動態塑性變形（動態塑性變形（Dynamic P

3、lastic DeformationDynamic Plastic Deformation，簡稱，簡稱DPDDPD）是指材料在是指材料在很高應變速率下很高應變速率下發生的塑性變形，通常這類變形發生發生的塑性變形，通常這類變形發生在在高速撞擊中高速撞擊中。 鎂合金鎂合金在在室溫下的強度較低，塑性也較差室溫下的強度較低，塑性也較差，研究，研究DPDDPD對對鎂合金鎂合金的影響可為的影響可為鎂鎂合金合金材料材料加工提供指導意見和方法，提升鎂的工業加工提供指導意見和方法，提升鎂的工業價值。價值。 本論文著重研究的是本論文著重研究的是AZ31AZ31鎂合金鎂合金在在DPDDPD后，其后，其組織結構的變化

4、組織結構的變化，以，以及及DPDDPD后鎂合金后鎂合金不同方向上拉伸性不同方向上拉伸性能的變化能的變化。實驗部分實驗部分：u實驗材料實驗材料： 普通商用AZ31AZ31鎂合金鎂合金熱軋板坯Al : 2.95%Zn: 0.94%Mn: 0.41%Si: 0.18%其余為其余為MgMg合金成分合金成分u試驗設備：試驗設備： Instron Dynatup 8120落錘沖擊試驗機， 金相顯微鏡， SHIMADZU AG-X10KN拉伸機， X-射線衍射儀， 場發射掃描電子顯微鏡（配有EBSD探頭）實驗具體過程實驗具體過程：NDRDTD1. 從所選的從所選的AZ31鎂合金板材上沿鎂合金板材上沿NDTD

5、 RD方向切取尺寸為方向切取尺寸為2230 30/(1-)的實驗用試樣的實驗用試樣；其中單位為mm，為DPD變形量2. 利用利用Instron Dynatup 8120落錘沖擊落錘沖擊試驗機試驗機沿試樣沿試樣RD方向方向對其進行對其進行DPD變形，應變速率約為變形，應變速率約為500s-1，利用模，利用模具控制樣品的應變量，分別得到具控制樣品的應變量，分別得到1%、3%、5%和和7%的變形樣品；的變形樣品；DPDDPD實驗具體過程實驗具體過程：3. 將將DPD后的樣品進行后的樣品進行去應力退火去應力退火； 然后然后在樣品的在樣品的ND-RD面和面和ND-TD面面 上分別切取切取上分別切取切取0

6、和和90拉伸試樣拉伸試樣；拉伸試樣尺寸： 平行段：5.00mm， 寬 度：1.26mm， 厚 度：手工打磨至 0.40mm4. 對所取對所取DPD變形后的金相試樣變形后的金相試樣 進行進行打磨打磨、電化學拋光電化學拋光和和腐腐蝕蝕 然后對腐蝕后的試樣進行然后對腐蝕后的試樣進行金金相相 觀察觀察；實驗具體過程實驗具體過程：5. 在在SHIMADZU AG-X10KN拉伸機拉伸機 上對拉伸試樣進行上對拉伸試樣進行單軸拉伸試驗單軸拉伸試驗，得到得到不同不同DPDDPD變形量變形量和和不同角度不同角度上的上的拉伸曲線拉伸曲線；6. 對拉伸后的試樣進行對拉伸后的試樣進行EBSD觀察觀察，斷斷 口觀察口觀

7、察，記錄拉伸后試樣的，記錄拉伸后試樣的組織特征組織特征， 對實驗結果進行對實驗結果進行分析討論分析討論，得出，得出最終結最終結 論論，撰寫論文，撰寫論文。實驗結果和分析實驗結果和分析一一: : AZ31鎂合金試樣鎂合金試樣DPD前的初始組織狀態前的初始組織狀態： 從圖從圖1(a)中可以看出，中可以看出，變形前試樣晶粒中變形前試樣晶粒中沒有孿生沒有孿生，而且晶粒大小也較為均勻，與通常的軋制態鎂合金一而且晶粒大小也較為均勻，與通常的軋制態鎂合金一樣，變形前的試樣具有樣，變形前的試樣具有強烈的強烈的0001基面織構基面織構。圖1. 試樣DPD前EBSD微觀組織圖2. 試樣初始組織示意圖二二: : 試

8、樣試樣DPD后組織后組織和和力學性能力學性能的變化的變化1. DPD后試樣的后試樣的孿生情況孿生情況：u從圖中可以看到，從圖中可以看到，隨著隨著應變量應變量 的增加的增加，晶粒中出現，晶粒中出現孿生的現孿生的現 象也越來越多象也越來越多，這是因為變形，這是因為變形 量增大量增大,孿生的形核、長大也增多；孿生的形核、長大也增多；u7%的孿生體積分數明顯少于的孿生體積分數明顯少于 5%，這是因為變形量，這是因為變形量超過一定超過一定 數值后數值后，原有孿生開始，原有孿生開始互相交互相交 叉生長和覆蓋叉生長和覆蓋；u除了產生大量的除了產生大量的10-12拉伸孿拉伸孿 晶外（紅色線條）晶外（紅色線條）

9、，還有產生，還有產生 了少量的了少量的壓縮孿晶（紫色線條壓縮孿晶（紫色線條）， 這是因為初始態這是因為初始態試樣試樣并不是理想并不是理想 狀態的完全基面織構狀態的完全基面織構。 試樣在不同變形量下的EBSD成像圖2. DPD后試樣后試樣織構的變化織構的變化：1%、3%、5%、7%變形量下試樣0001極圖 從從圖中可以看出，圖中可以看出，隨著變形量的增加，隨著變形量的增加，原有的基面織構原有的基面織構在在DPD沖擊載荷沖擊載荷作用下，作用下，發生發生10-12拉伸孿生拉伸孿生的晶粒也越多的晶粒也越多，晶粒，晶粒向向RD方向偏轉方向偏轉86.3，最終最終呈現出晶粒取呈現出晶粒取向趨于向趨于平行平行

10、RD方向方向。DPDDPDNDRDTD3. DPD后試樣后試樣0方向拉伸方向拉伸的力學性能：的力學性能：DPD后后0拉拉伸伸1%、3%、5%、7%變形量下試樣0拉伸極圖, x軸為ND方向. 0拉伸出現拉伸出現“退孿生退孿生”現象，晶粒現象，晶粒重新平行于重新平行于ND方向方向。即0拉伸會使D P D 時 發 生10-12孿生的那些晶粒恢復原狀。不同變形量0拉伸應力-應變曲線u0拉伸試樣在經歷了一小段彈拉伸試樣在經歷了一小段彈 性變形后，出現了一大段性變形后，出現了一大段“上凹上凹 形形”曲線，這曲線，這就就是在是在0方向進方向進 行拉伸時行拉伸時“退孿生退孿生”所引起的現所引起的現 象。象。

11、0拉伸拉伸應力應力- -應變曲線：應變曲線：u在在退孿生結束退孿生結束之后，試樣的之后，試樣的孿孿 晶強化效果消失晶強化效果消失，其變形所需，其變形所需 的的應力應力也就也就降低降低，故曲線呈，故曲線呈下下 降降趨勢趨勢;而且而且隨著隨著DPD變形量的變形量的 增加增加，試樣的，試樣的屈服強度屈服強度和和延伸延伸 率率也增加也增加。4. DPD后試樣后試樣90方向拉伸方向拉伸的力學性能的力學性能: :DPD后后90拉拉伸伸1%、3%、7%變形量下試樣90拉伸極圖， x軸為ND方向，z軸為RD方向. 90拉伸拉伸過程中，原過程中，原始的始的DPD織構并沒有被織構并沒有被改變改變，說明，說明90拉

12、伸中拉伸中不存在不存在“退孿生退孿生”活動活動。90拉伸垂直于晶粒c軸，會抑制10-12孿生活動，而10-11壓縮孿生和非基面滑移會被激活，主導整個變形過程。 90拉伸拉伸應力應力- -應變曲線：應變曲線：不同變形量90拉伸應力-應變曲線 隨著隨著DPD變形量的增變形量的增大，試樣的大，試樣的屈服強度屈服強度也相應也相應的的增大增大，這是因為存在，這是因為存在10-12孿生強化孿生強化機制，其在機制，其在DPD變形過程中會變形過程中會形成孿晶界形成孿晶界以以阻止位錯的滑移阻止位錯的滑移且且孿晶孿晶內部內部也會形成也會形成位錯糾纏位錯糾纏，從而導，從而導致了試樣的致了試樣的形變強化形變強化效果，

13、效果，引起了屈服強度的增大引起了屈服強度的增大。90拉伸曲線不像0存在“上凹段”，說明90拉伸中不存在“退孿生”活動。結論結論 本文通過測定AZ31鎂合金試樣在1%、3%、5%和7%不同應變量下，以及與DPD載荷方向呈0、90夾角拉伸后的組織結構，來分析DPD變形對力學性能的影響，得出以下幾條結論：1. 隨著隨著DPD變形量的增大，會引起大量的變形量的增大，會引起大量的10-12拉伸孿晶形拉伸孿晶形核、長大，當應變量核、長大，當應變量大于一定數值時大于一定數值時，原有的孿晶會相互，原有的孿晶會相互交叉、生長和覆蓋，導致交叉、生長和覆蓋，導致孿晶體積分數的減少孿晶體積分數的減少；2. 在在DPD過過程中，隨著變形量的增加，發生程中，隨著變形量的增加，發生10-12孿生晶粒孿生晶粒數目也越多，數目也越多，孿生孿生織構越來越強織構越來越強；結論結論3. DPD后試樣進行后試樣進行0方向拉伸方向拉伸（即平行于載荷方向），會發（即平行于載荷方向），會發“退退孿生孿生”現象，從而使晶粒取向恢復到初始位置，在相應的拉