純鎂和鎂合金的阻尼及微塑變行為研究.pdf

1、本文采用熱擠壓、等通道角擠壓(ECAP)和退火處理來改變純鎂的微觀組織結構,研究晶粒尺寸和織構等對阻尼和微塑變的影響機制以及它們之間的內在聯(lián)系,并在純鎂中添加合金元素來研究鎂合金的阻尼和微塑變機制。利用光學顯微鏡(OM)和透射電子顯微鏡(TEM)等方法觀察微觀組織變化;通過中子衍射和電子背散射(EBSD)分析織構的演變;采用動態(tài)機械分析儀(DMA)研究阻尼性能隨應變的變化規(guī)律;采用循環(huán)拉伸的方法研究微小變形過程中滯彈性應變、摩擦應力和正

2、切彈性模量等的變化規(guī)律。揭示了純鎂和鎂合金的阻尼和微塑變行為,為新型高阻尼鎂合金、耐疲勞鎂合金和尺寸穩(wěn)定鎂合金的開發(fā)和應用奠定了良好的基礎。
　　擠壓后純鎂的平均晶粒尺寸為68μm,隨著ECAP變形道次的增加,再結晶程度逐漸提高,晶粒逐漸細化,在250°C下ECAP變形4道次純鎂的平均晶粒尺寸為6μm。擠壓態(tài)純鎂具有基面平行于擠壓方向的織構。隨著變形道次的增加,基面極點以TD和ED為軸逐步發(fā)生傾轉,最終形成基面極點分別偏離ND和T

3、D大約40o和65o的織構,而基面平行于擠壓方向的織構逐漸弱化,導致沿擠壓方向變形的基面滑移Schmid因子大幅度提高。退火后純鎂的晶粒尺寸逐漸增大,而織構基本保持不變。
　　純鎂與塑性變形相關的阻尼和微塑變行為可用同樣的位錯機制來解釋,它們有著相同的物理本質。塑性阻尼的兩個階段與循環(huán)拉伸微塑變的兩個階段相對應:第一階段對應塑性應變小于2×10–4(總應變約為8×10–4)的區(qū)域,Schmid因子較大晶粒內部位錯從釘扎點上脫釘并在

4、基面滑移,可動性較大,激活體積較大,加工硬化指數(shù)較小;當塑性應變高于2×10–4時,由于位錯在同一滑移面上運動而發(fā)生纏結和堆積,可動位錯密度降低,材料硬化,所以具有較大的加工硬化指數(shù)和較小的位錯滑移激活體積,這時微塑變進入第二階段。
　　在應變小于第一臨界應變振幅(1×10-4左右)時,純鎂中位錯在弱釘扎點間擺動,加載卸載曲線基本重合為一條直線,此時阻尼性能10Q?與應變振幅無關;隨應變的增大,位錯從弱釘扎點上脫釘,產生應力-應變

5、滯后環(huán),滯彈性應變迅速增加,而正切彈性模量快速降低,此時阻尼性能1hQ?隨應變振幅逐漸增大。這兩個滯彈性階段可以用G-L位錯模型來解釋;當高于第二臨界應變振幅(5×10-4左右)后,G-L曲線偏離直線,基面位錯從強釘扎點上脫釘,發(fā)生微小塑性變形,阻尼性能1pQ?快速提高;當高于第三臨界應變振幅(9×10-4左右)后,由于位錯的纏結和堆積,摩擦應力逐漸增大,而損失模量的增加速度變緩。后兩個微小塑性變形階段需要用微塑變位錯模型來解釋。隨著晶

6、粒尺寸或基面滑移Schmid因子的增大,純鎂的阻尼性能、滯彈性應變和損失彈性模量增大,而正切彈性模量、摩擦應力和背應力降低。
　　選取在鎂中固溶的Al和不固溶的Si兩類合金元素來制備Mg-Al和Mg-Si合金,并以純鎂作為對比研究合金元素的添加對鎂的阻尼和微塑變影響規(guī)律。添加完全固溶的1％Al元素會極大的降低位錯線上弱釘扎點間距,從而提高鎂合金在較小應變下的正切彈性模量,摩擦應力和背應力,但同時也會導致阻尼性能的急劇降低;添加基本

7、不固溶的Si元素不會降低鎂的低應變阻尼性能,但會生成Mg2Si第二相,明顯的減小鑄態(tài)鎂合金的晶粒尺寸,嚴重阻礙脫釘后的位錯運動,導致較大應變下阻尼性能的降低,同時提高正切彈性模量,摩擦應力和背應力。
　　在位錯增殖的臨界應變振幅時,假設位錯在強釘扎點釘扎下循環(huán)過程中所掃過的面積為圓形。根據(jù)功能原理可計算出此臨界應變下純鎂和鎂合金中的可動位錯密度以及位錯線上強弱釘扎點間的平均距離,變形后純鎂和鎂合金中的可動位錯密度為1012m–2數(shù)