Mg-Al-Zn合金組織、性能、變形和斷裂行為研究.pdf

1、一————一一一墮蘭醚蘭竺些蘭竺蘭一一一一一一一一一一一—MgAIZn合金組織、性能變形和斷裂行為研究摘要Al和Zn一直是鎂合金廉價而又有效的強化元素，MgAIZn系合金是工業(yè)應(yīng)用最為廣泛的鎂合金。然而，目前對MgAIZn合金的凝固特性，組織與性能，組織與斷裂行為，以及塑性變形機制等方面還缺乏系統(tǒng)的研究，影響了鎂合金的進一步發(fā)展。以往大多數(shù)對鎂的塑性變形機制的理解都是在研究純鎂單晶變形的基礎(chǔ)上，對實際應(yīng)用中的多晶鎂合金材料的變形行為研究

2、較少。對多晶鎂合金中滑移和孿生兩種塑性變形方式與合金的強度和塑性的內(nèi)在聯(lián)系沒有得到充分的研究，而這是改善鎂合金力學(xué)性能的基礎(chǔ)。本文以MgAIZn三元合金為基礎(chǔ)，利用微機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、光學(xué)顯微鏡(OM).X射線衍射儀(XRD)、電子探針(EPMA)、電感禍合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP).帶能譜分析(EDAX)的掃描電子顯微鏡(SEM)、掃描電鏡中的原位拉伸(insitutensiletest)、透射電子顯微鏡(TEM)等分析手段，研究了不

3、同配比的Al和Zn含量鎂合金的凝固特性、鑄造性能、顯微組織、力學(xué)性能、斷裂行為和塑性變形行為。研究了Ti的加入對Mg9AIIZn合金上述性能的改善作用。研究目的是為MgAIZn合金的進一步開發(fā)和研究提供理論和實踐依據(jù)。鑄態(tài)MgAIZn合金中的化合物相主要是離異共晶轉(zhuǎn)變時析出的Mg17Al1z(R).MgZn和M93z(AIZn)a9(T)相。粗大的化合物相一般分布在晶界附近，少數(shù)位于基體中，這與前人的研究結(jié)果一致。根據(jù)測得的凝固曲線，提

4、出了基于離異共晶基礎(chǔ)上的MgAIZn合金凝固過程和組織形成的模型。隨AI和Zn含量的增加，合金的流動性提高。在Flemings流動模型的基礎(chǔ)上發(fā)展出了MgAIZn合金的流動機制。MgAIZn合金的流動可以分為兩個階段，第一階段為過熱的消耗第二階段為零過熱流動。鑄態(tài)MgAIZn合金中，AZ51具有最高的常溫抗拉強度，但屈服強度較低AZ95和AZ55合金具有可接受的常溫抗拉強度和屈服強度的結(jié)合。高溫下，合金元素較少的合金強度降低，合金元素相

5、對較多的合金強度卻有所提高，AZ95合金具有良好的抗拉強度和屈服強度的結(jié)合。常溫和高溫下，MgAIZn合金的塑性均隨合金元素的增加而降低。提出了MgAIZn合金的強化機制，解釋了不同組成的合金的強度變化規(guī)律。在本文的試驗條件下，MgAIZn合金的拉伸強度受兩方面的影響，一是合金本身的性質(zhì)，二是拉伸過程中的形變強化。高溫和常溫下，這兩個因素的不同作用使得合金的強度隨合金元素含量的變化而具有不同的變化規(guī)律。I上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文soli

6、dificationprocessandmicrostructureformationwasputforwardFluidityofMgAIZnalloysimprovedwithincreasingAlandZn.FluiditymechanismofMgAIZnwasdevelopedbasedontheFlemingssmodel.Thefluiditycanbedividedintotwostagesi.e.consumingo

7、fthesuperheatinStageOneandflowingwithzerosuperheatinthesecondstage.OfalltheascastMgAIZnalloysAZ51alloyhasthehighestultimatetensilestrengthbutminoryieldtensilestrengthandAZ95andAZ55alloyspossessacceptableultimateandyields

8、trengthatambienttemperature.Athightemperaturestrengthofalloyswithfeweralloyingelementsdecreasedandthatwithmorealloyingelementsincreased.AZ95exhibitedgoodstrengthandplasticityathightemperature.PlasticityofMgAIZnalloysdecr

9、easedwithincreasingalloyingelementsatbothambientandhightemperatures.ThestrengtheningmechanismofMgAIZnalloyswasproposedandthechangingruleofthestrengthwasexplained.InthepresentexperimentalconditionsstrengthofMgAIZnalloyswa

10、sdeterminedbytwoaspects:thefirstwastheinstinctstrengtheningandthesecondwasworkhardeningduringtensiletest.Itistheefectofthistwoaspectsthatleadstothevarietyofstrengthatambientandhightemperatures.Atageheattreatmentcondition

11、s(T6)AZ25alloyhasthehighestultimatestrengthandAZ95alloyexhibitsthehighestyieldstrengthandacceptableultimatestrength.StrengtheningofMgAlZnalloysfromheattreatmentisefectiveespeciallyforthosewithmorealloyingelements.Thoughi

12、nsitutensiletestitwasfoundthatsecondaryphasesweretheoriginalcrackingsourceandthefracturebehaviorwasdecidedbymorphologyofsecondaryphases.Alloyswithgoodplasticityexhibitedtransgranularfractureandextensionofthecrackwasindep

13、endentofthecracksinsecondaryphasescontrarilyalloyswithworseplasticitymainlyfracturedalonggrainboundariesthecrackextendedthroughcontinuouslycoalescewithfrontalmicrocracksinsecondaryphasesalongthegrainboundaries.Therupture

14、ofMgAIZnalloysismainlycleavagefractureexceptthatquasicleavagefracturedominatedinAZ21alloysathightemperature.Fracturesurfaceofalloyswithgoodplasticityexhibitedlargercleavagefacetsandtearingridgeswhereasthatofalloyswithwor

15、seplasticityexhibitedsecondarycleavagesteps.Itisindicatedthatthetearingridgewasascribedtocrossslip.ApproachestoimprovethestrengthandplasticityofMgAIZnalloyswereproposedi.e.modificationandstrengtheningofsecondaryphases.Tw