AZ31鎂合金高周疲勞微結(jié)構(gòu)演變及斷口的研究.pdf

1、本論文以商用AZ31熱軋鎂合金板材為研究對(duì)象，研究鎂合金高周疲勞微觀組織的演變規(guī)律以及疲勞斷口和疲勞后拉伸斷口與微觀組織結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。為了獲得不同循環(huán)應(yīng)力后疲勞樣品，我們選取的疲勞循環(huán)應(yīng)力為50MPa、55MPa、60MPa、65MPa、70MPa和90MPa。疲勞后的樣品用EBSD技術(shù)和透射電鏡技術(shù)分析微觀組織的演變。并且將疲勞后的樣品進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)獲得不同疲勞循環(huán)應(yīng)力后的拉伸力學(xué)性能和拉伸斷口。通過(guò)對(duì)比分析斷口和鎂合金的微觀組織結(jié)構(gòu)

2、，我們得到以下結(jié)論：
　　①金屬材料的疲勞壽命隨疲勞循環(huán)應(yīng)力的增加會(huì)減小。當(dāng)疲勞循環(huán)應(yīng)力小于一定數(shù)值時(shí)，材料不會(huì)產(chǎn)生疲勞失效。試驗(yàn)結(jié)果表明在循環(huán)應(yīng)力低于50MPa時(shí)，疲勞循環(huán)次數(shù)會(huì)超過(guò)106次，即AZ31鎂合金的疲勞極限為50MPa。
　?、谄谘h(huán)應(yīng)力的增加，會(huì)增大疲勞變形過(guò)程中樣品內(nèi)部的應(yīng)力，使鎂合金更容易激發(fā)孿生變形。疲勞循環(huán)應(yīng)力越大的鎂合金疲勞后樣品中的{101-2}孿晶，{101-1}孿晶和二次孿晶的數(shù)量會(huì)增加。當(dāng)

3、疲勞循環(huán)應(yīng)力為50MPa時(shí)，孿生過(guò)程幾乎不參與協(xié)調(diào)變形。因此在疲勞循環(huán)應(yīng)力為50MPa的樣品中幾乎未發(fā)現(xiàn)孿晶。
　　③疲勞變形后，鎂合金的晶粒明顯細(xì)化。位錯(cuò)的滑移和在小角度晶界的堆積會(huì)形成晶界，使樣品晶粒尺寸減小。疲勞循環(huán)的周次，以及疲勞過(guò)程中樣品中的位錯(cuò)密度都對(duì)疲勞后平均晶粒尺寸有影響。因此，疲勞循環(huán)應(yīng)力越小，疲勞結(jié)束后樣品的平均晶粒尺寸越小。
　?、芷谧冃螘?huì)減弱原始AZ31鎂合金板的基面織構(gòu)強(qiáng)度。疲勞循環(huán)周次的增加以及

4、疲勞循環(huán)應(yīng)力的增加都會(huì)使鎂合金的織構(gòu)越發(fā)的分散。因此疲勞變形后鎂合金的基面織構(gòu)強(qiáng)度隨著疲勞應(yīng)力的增加是先減小再增強(qiáng)，并且當(dāng)疲勞循環(huán)應(yīng)力為65MPa時(shí)，疲勞后的織構(gòu)最大極密度值最小，為13.6。
　?、萱V合金疲勞斷口分為裂紋源區(qū)、裂紋擴(kuò)展區(qū)和最終斷裂區(qū)。隨著疲勞循環(huán)應(yīng)力的增加，樣品中應(yīng)力集中的位置更多，裂紋源的數(shù)目也更多。鎂合金疲勞擴(kuò)展區(qū)上有明顯的疲勞輝紋，疲勞擴(kuò)展區(qū)的面積隨疲勞循環(huán)應(yīng)力的增加而減小，擴(kuò)展區(qū)的表面光滑度隨疲勞應(yīng)力的增

5、加而變得粗糙。疲勞最終斷裂區(qū)上的形貌主要為韌窩。隨著循環(huán)應(yīng)力的增加，擴(kuò)展區(qū)和最終斷裂區(qū)上的微觀孔洞的數(shù)量會(huì)增多。
　?、奁谘h(huán)過(guò)程中，加工硬化和加工軟化同時(shí)會(huì)產(chǎn)生作用。由于位錯(cuò)和孿生的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，疲勞循環(huán)應(yīng)力越小的抗拉強(qiáng)度越高，拉伸力學(xué)性能越好。并且，循環(huán)應(yīng)力大的疲勞變形，內(nèi)部的微觀缺陷也更多，導(dǎo)致疲勞后的拉伸力學(xué)性能降低。但是在不穩(wěn)定的循環(huán)過(guò)程中，突然一次的應(yīng)力過(guò)載不會(huì)引起疲勞破壞，因?yàn)樵诟鞣N應(yīng)力條件下的高周疲勞后材料的抗拉強(qiáng)度

6、比原始樣的抗拉強(qiáng)度不會(huì)降低太多。
　?、咴紭拥睦鞌嗫诒砻姹容^平坦，其斷口微觀結(jié)構(gòu)包括韌窩和少量的微觀孔洞。在斷口表面也很難找到裂紋的源區(qū)。疲勞過(guò)程中產(chǎn)生的微觀缺陷會(huì)成為拉伸開裂的裂紋源區(qū)。但是相比較于疲勞斷口，疲勞后的拉伸斷口僅包括裂紋源區(qū)和最終斷裂區(qū)而沒有裂紋擴(kuò)展區(qū)。
　?、嗬鞌嗫诒砻娴奈⒂^孔洞可能與疲勞過(guò)程中產(chǎn)生的孿晶存在關(guān)系。因?yàn)闅堄鄬\晶數(shù)量最多的90MPa應(yīng)力循環(huán)后的拉伸斷口上的微觀孔洞最多。而在疲勞循環(huán)應(yīng)力為