AZ31鎂合金包辛格效應(yīng)研究.pdf

1、早在1881年，德國人Bauschinger發(fā)現(xiàn)，金屬材料經(jīng)過預(yù)先加載產(chǎn)生少量的塑性變形，而后若反向加載，其規(guī)定殘余伸長應(yīng)力降低;若同向加載，其規(guī)定殘余伸長應(yīng)力升高，這種現(xiàn)象稱為包辛格效應(yīng)(Bauschinger Effect，簡稱BE)。金屬材料包辛格效應(yīng)的研究已有一百多年歷史，但研究工作主要基于鋼鐵材料、鋁合金及銅合金等立方晶系的材料，對鎂合金，特別是變形鎂合金研究較少。利用Instron1342液壓侍服疲勞試驗機測試其BE，采用不

2、同的方法合理表征其BE，通過設(shè)計不同的變形條件(如：預(yù)應(yīng)變方式、預(yù)應(yīng)變量、應(yīng)變速率和循環(huán)周次)對BE的影響，最后利用金相組織觀察、XRD、TEM等微觀手段研究了AZ31鎂合金B(yǎng)E的產(chǎn)生機理。
　　 AZ31鎂合金B(yǎng)E測試結(jié)果表明：預(yù)壓縮變形后再拉伸，表現(xiàn)出明顯的包辛格效應(yīng)。用包辛格系數(shù)B表征時，預(yù)應(yīng)變?yōu)?％，2％，2.5％，4％，B值分別為76.1％，83.1％，83.5％和77.1％；而預(yù)拉伸變形后壓縮時，卻表現(xiàn)出反包辛格效應(yīng)

3、，預(yù)應(yīng)變?yōu)?1％，-2％，-2.5％，-4％，B值分別為-24.3％，-30.7％，-29.5％和-23.8％。預(yù)壓縮變形時的B(包辛格系數(shù))、BSP(包辛格應(yīng)力參數(shù))、BEP(包辛格能量參數(shù))均比預(yù)拉伸變形時的絕對值大，說明預(yù)壓縮變形再反向拉伸時產(chǎn)生的包辛格效應(yīng)比預(yù)拉伸變形再反向壓縮時產(chǎn)生的反包辛格效應(yīng)在效果上更為明顯。RKI(運動硬化與各向同性硬化的比值)均大于1，說明AZ31鎂合金在塑性變形過程中運動硬化占優(yōu)，但優(yōu)勢并不明顯，且隨

4、預(yù)應(yīng)變的增加，其值也增大緩慢。拉伸變形與壓縮變形時的彈性模量存在很大的差異，說明此AZ31鎂合金材料具有強烈的各向異性。
　　 試驗條件對BE影響結(jié)果表明：預(yù)應(yīng)變從1％增大到4％時，包辛格效應(yīng)先增大后有減小的趨勢，這符合包辛格效應(yīng)在小的塑性變形下明顯，而大塑性變形能消除包辛格效應(yīng)這一理論。應(yīng)變速率從0.0001s-1增大到0.01s-1時，包辛格效應(yīng)系數(shù)B從0.25增大到0.35。循環(huán)加載變形時，在第一周時包辛格效應(yīng)最大，隨循環(huán)

5、周次的增加，其包辛格效應(yīng)變小并保持在一個較低水平。在循環(huán)變形過程中，拉伸變形階段先表現(xiàn)循環(huán)硬化，隨后循環(huán)軟化，壓縮變形階段，始終表現(xiàn)循環(huán)硬化。
　　 BE微觀機理研究表明：AZ31鎂合金材料在拉伸變形時以位錯滑移變形為主；在壓縮變形時則以孿生變形為主；從金相、XRD驗證了壓縮后反向拉伸時去孿生過程的存在，該過程導(dǎo)致出現(xiàn)很大的包辛格效應(yīng)。預(yù)拉伸變形過后，AZ31鎂合金的軸比c/a減小。通過原子運動模型發(fā)現(xiàn)軸比c/a的減小將使壓縮變

6、形時的孿生變得更困難，從克服原子間的晶格摩擦阻力來看，反向壓縮時出現(xiàn)反包辛格效應(yīng)是合理的。從內(nèi)應(yīng)力角度來看，預(yù)拉伸變形時的宏觀殘余內(nèi)應(yīng)力比預(yù)壓縮時的大，對隨后的反向壓縮變形的阻礙作用也越大，使其反向壓縮變形時的屈服強度升高，出現(xiàn)反包辛格效應(yīng)。TEM觀察表明，預(yù)拉伸變形以位錯滑移變形為主，在其形貌像中觀察到了位錯和位錯纏結(jié)；在反向壓縮變形過程中，雖然孿生機制的參與，但位錯繼續(xù)增殖，位錯塞積，形成位錯胞狀結(jié)構(gòu)，從而使基體中可動位錯數(shù)量在下降