深冷后SMAT對A231鎂合金顯微組織和力學(xué)性能的影響.pdf

1、在科學(xué)與技術(shù)取得巨大進(jìn)步的今天，銅、鋁、鐵、鋅等金屬礦產(chǎn)資源正在貧瘠化，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，人們的節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)意識逐漸增強，工程材料的輕量化備受關(guān)注。鎂合金被公認(rèn)為新世紀(jì)的綠色工程材料，相較于鋁合金、銅合金等其他金屬合金，它具有比強度和比剛度高、減振性能好、切削加工性能好、磁屏蔽性優(yōu)良等獨特的優(yōu)點。但是鎂合金塑性差、絕對強度低、摩擦磨損性能差且容易被腐蝕，這些缺點極大地限制了其應(yīng)用。表面機械研磨處理(SMAT)是新世紀(jì)后發(fā)展起來的一

2、種表面改性技術(shù)，它通過使材料表面納米化并形成一定厚度的梯度納米結(jié)構(gòu)，從而提高金屬材料綜合力學(xué)性能。然而，SMAT處理后，盡管合金的強度得到明顯的提高，但延伸率卻大幅下降，合金的綜合力學(xué)性能并未顯著提高。深冷處理是常規(guī)冷處理的延伸，它可以改善鎂合金的組織均勻性，促進(jìn)合金中第二相顆粒的析出，從而提高材料的強度、塑性和耐磨損等性能。
　　本文基于提高 AZ31鎂合金綜合力學(xué)性能的研究目的，采用深冷處理對AZ31鎂合金進(jìn)行預(yù)處理，然后再進(jìn)

3、行不同時間的SMAT處理。通過金相顯微鏡、X射線衍射、掃描電鏡及透射電鏡表征了深冷及深冷 SMAT處理前后合金微觀結(jié)構(gòu)的變化，還測定了處理前后合金硬度、強度及延伸率等力學(xué)性能，討論了深冷及深冷 SMAT對 AZ31鎂合金微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響，探討了材料組織演變和性能改善的機理，得到如下結(jié)論：
　　1．AZ31鎂合金經(jīng)過深冷處理后，顯微組織方面晶粒更加細(xì)化且伴有更多更均勻的β-Mg顆粒的析出，合金的強度硬度略有增大，延伸率和斷裂

4、韌性獲得大幅提高。深冷7d后，試樣的平均晶粒尺寸由6.8μm細(xì)化至6.1μm，β-Mg顆粒的體積分?jǐn)?shù)由1.1％增加至4.2%，且顆粒平均直徑減小了40%。合金內(nèi)晶粒的小幅細(xì)化使材料的強度硬度有所增加，更多且更均勻的第二相析出導(dǎo)致AZ31鎂合金在塑性變形過程中更易發(fā)生孿生變形，深冷7d后合金的塑性大幅提升42.8%，斷裂韌性顯著提高49.2%，斷裂機制呈現(xiàn)由準(zhǔn)解理斷裂向韌窩斷裂轉(zhuǎn)變的趨勢。
　　2．AZ31鎂合金經(jīng)過深冷SMAT處理

5、后，表面層的晶粒細(xì)化至納米級，形成了由表及里晶粒尺寸逐漸增大的梯度納米結(jié)構(gòu)；合金的強度、硬度顯著提高，但塑性和斷裂韌性卻明顯下降，深冷7d+SMAT3min處理后試樣的綜合力學(xué)性能最好。隨著SMAT時間的增加，深冷7d后的試樣表面晶粒逐漸細(xì)化，梯度納米結(jié)構(gòu)層厚度和硬度逐漸增大，SMAT6min后表面層晶粒細(xì)化至約38nm，梯度納米層厚度可達(dá)147μm，硬度增大約51%。SMAT處理過程中的劇烈塑性變形會顯著增大材料的位錯密度，使位錯運動

6、受到阻礙，加工硬化率提高，從而降低 AZ31鎂合金的塑性和斷裂韌性，合金的斷裂機制由韌窩斷裂向解理斷裂轉(zhuǎn)變。但同時合金的屈服強度和抗拉強度大幅增加，經(jīng)SMAT3min處理后達(dá)到最大值，分別提高約33.7%、32.3%。
　　3．選取了深冷7d后的合金進(jìn)行不同時間的SMAT處理，經(jīng)過深冷與SMAT復(fù)合處理后，AZ31鎂合金屈的服強度、抗拉強度明顯提高，延伸率的降低程度減小，獲得了良好的強度-塑性匹配，綜合力學(xué)性能明顯更優(yōu)。在進(jìn)行SM