鎂合金塑性變形中孿生行為的研究.pdf

1、鎂及其合金是所有金屬工程材料中密度最小的，表現(xiàn)出良好的鑄造成型、切削以及焊接性能，在汽車、航空、交通、通信以及日常生活中有很大的應(yīng)用潛力，因此得到廣泛關(guān)注。軋制態(tài)AZ31板材具有強(qiáng)烈的基面織構(gòu)，導(dǎo)致其力學(xué)行為的各向異性，塑性變形能力差，所以加工成型能力較差，嚴(yán)重限制了鎂合金板材的大規(guī)模應(yīng)用。本文對(duì)具有初始軋制織構(gòu)的AZ31鎂合金進(jìn)行了連續(xù)壓縮實(shí)驗(yàn)，并借助光學(xué)顯微鏡、X射線衍射和背散射電子衍射等分析技術(shù)，探索鎂合金形變過程中的拉伸孿生行為

2、以及孿生對(duì)鎂合金性能的影響。
　　研究結(jié)果表明：
　?、冁V合金變形過程孿生的啟動(dòng)與其晶界取向有關(guān)，初始晶界取向差較小，孿生越容易形核；單向加載情況下，初始材料受力情況簡單，孿晶變體的激活遵循施密特一般規(guī)律，即擁有較高施密特因子的孿生變體優(yōu)先啟動(dòng)。
　?、谘爻跏架堉茟B(tài)試樣RD方向連續(xù)壓縮時(shí)，孿晶晶界數(shù)目與孿晶體積分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)不同的變化趨勢：當(dāng)應(yīng)變量小于2％時(shí)，應(yīng)變?cè)黾訉\晶界數(shù)量會(huì)迅速增加；當(dāng)應(yīng)變量繼續(xù)增加至6%的過程中，孿晶

3、界數(shù)量基本保持不變；繼續(xù)變形孿晶界數(shù)目會(huì)隨著孿晶吞并基體晶粒而迅速減少；而在整個(gè)變形過程中，孿晶體積分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)一直上升的趨勢直至孿生完全，這主要是因?yàn)閷\晶會(huì)以孿晶界遷移的方式生長，當(dāng)同種孿生變體的相互合并或者孿晶完全吞并基體晶粒時(shí)，孿晶界會(huì)隨之消失而孿晶體積分?jǐn)?shù)會(huì)達(dá)到極值。
　　③在初始變形下，基體晶粒內(nèi)部會(huì)優(yōu)先啟動(dòng)施密特因子較大的拉伸孿生變體，隨著應(yīng)變的增加，其他低施密特因子變體也會(huì)被激活來協(xié)調(diào)均勻塑性變形；而在產(chǎn)生孿晶的晶粒中，

4、孿生變體一般都具有較大的施密特因子。在整個(gè)變形過程中，雖然少數(shù)晶粒的拉伸孿生變體具有較高的施密特因子，但是由于其拉伸孿生變體所需周圍相鄰晶粒提供較大的協(xié)調(diào)應(yīng)變張量而無法被激活；而部分晶粒雖然取向偏離初始織構(gòu)方向，但是它們產(chǎn)生相應(yīng)的拉伸孿生變體所需相鄰晶粒提供的協(xié)調(diào)應(yīng)變遠(yuǎn)小于上述晶粒，故綜合考慮局部變形協(xié)調(diào)因素后，這些晶粒中的變體會(huì)被激活來協(xié)調(diào)均勻塑性變形。
　　④鎂合金材料塑性變形過程中在晶界處會(huì)產(chǎn)生較多的孿生對(duì)，通過 EBSD原

5、位觀察本文得到孿生對(duì)的形成要素和機(jī)理：孿生對(duì)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)孿晶可以為同一種孿生變體類型也可以為不同的孿生變體類型，但是要保證孿生對(duì)形成處基體晶粒取向差與孿生對(duì)之間的取向差基本相同且兩個(gè)孿晶都具有較大的施密特因子；孿生通過次序形核方式穿越晶界形成孿晶對(duì)，并以協(xié)同生長的方式共同長大吞并基體。由于孿晶對(duì)涉及多個(gè)晶粒的變形，通過在晶界處形成多個(gè)孿晶對(duì)，可以協(xié)調(diào)多晶粒的局部變形。
　?、菀粋€(gè)晶粒內(nèi)部可同時(shí)啟動(dòng)多種孿生變體，變體都具有較高的施密特

6、因子。其中變體取向差為60°的變體間相互作用會(huì)顯著阻礙孿晶的正常生長，導(dǎo)致局部應(yīng)力集中，晶體會(huì)通過新孿生形核的方式來協(xié)調(diào)塑性變形；此外位錯(cuò)反應(yīng)在鎂合金的孿晶反應(yīng)過程起重要作用。
　?、藿?jīng)過不同階段的連續(xù)應(yīng)變后，材料屈服強(qiáng)度由于不同的硬化機(jī)理而得到強(qiáng)化，根據(jù)應(yīng)力-應(yīng)變曲線和相關(guān)變形機(jī)制分析：變形量小于6%時(shí)，孿生片層數(shù)目較多，晶界體積分?jǐn)?shù)大，此時(shí)孿晶對(duì)鎂合金加工硬化貢獻(xiàn)起主導(dǎo)作用；變形量增加，孿晶相互吞并，晶界體積分?jǐn)?shù)驟降，此時(shí)孿晶