AZ31B鎂合金動態(tài)力學行為的研究.pdf

1、鎂合金具有密度低、比強度和比剛度高、良好的鑄造性能、較強的電磁屏蔽能力以及易于再生利用等一系列獨特的優(yōu)點，被譽為“21世紀最具發(fā)展?jié)摿颓巴镜牟牧稀?。其結構件在汽車、飛機、計算機、通訊等領域獲得了日益廣泛的應用。由于具有良好的延展率和較高的強度等優(yōu)點，AZ31B變形鎂合金是目前應用最廣泛的擠壓變形鎂合金。在鎂合金的應用中，沖擊與循環(huán)等動態(tài)載荷的作用不可避免，因此對變形鎂合金的動態(tài)力學行為與組織結構之間關系的研究，對變形鎂合金結構件的安全

2、設計及合理使用具有重要的指導意義。
　　本文主要針對AZ31B變形鎂合金擠壓棒材的動態(tài)拉伸、快速沖擊和低周疲勞行為進行了研究，探討了不同載荷條件下的塑性變形機制以及織構對變形機制和動態(tài)力學行為的影響。研究結果表明，具有{0001}//ED織構的樣品（軸向樣品）在普通拉伸條件下，其真應力-真應變曲線呈現(xiàn)下凹形，而具有拉伸軸沿<0001>-<11-20>和<0001>-<10-10>織構分布的樣品（徑向樣品），其真應力-真應變曲線為直

3、線形;而在動態(tài)拉伸條件下，大量{10-12｝拉伸孿生的開動導致了真應力-真應變曲線中平臺的出現(xiàn)，并且隨著孿生數(shù)量的增加平臺寬度也增大，軸向樣品曲線平臺出現(xiàn)在屈服前，而徑向樣品曲線平臺出現(xiàn)在屈服后。由于{10-12}拉伸孿生、{10-11}壓縮孿生、基面滑移、柱面滑移、錐面滑移的CRSS的不同，導致其參與變形的程度和所起作用的不同，Schmid因子對各種變形機制啟動起重要作用，這是具有不同織構樣品在動態(tài)拉伸過程中產(chǎn)生不同力學行為的主要原因

4、;在超快速拉伸條件下，軸向樣品的屈服強度、斷裂強度、總應變量均隨著應變速率的增加而增加。應變速率越大，樣品發(fā)生脆性斷裂的傾向性也越大。在快速沖擊載荷下，軸向樣品和徑向樣品的屈服強度、斷裂強度、總應變量均隨著應變率的增加而增加，并且對應{10-12}拉伸孿生的數(shù)量也增加。
　　對軸向樣品進行大應變幅循環(huán)變形，發(fā)現(xiàn)在拉-拉循環(huán)變形中拉伸階段的最大應力值隨著循環(huán)周次的增加而減小，而壓縮過程中的最大應力值隨著循環(huán)周次的增加而增加;在壓-壓

5、大應變幅循環(huán)變形過程中，拉伸階段和壓縮階段中的最大應力值均隨循環(huán)周次的增加而增加。拉-拉大應變幅循環(huán)變形中，真應力-真應變滯回曲線在卸載和反向拉伸階段出現(xiàn)三個拐點，而壓-壓大應變幅下真應力-真應變滯回曲線在卸載和反向壓縮階段只有一個拐點。兩種變形方式均在壓縮過程發(fā)生{10-12｝孿生和反向拉伸過程發(fā)生去孿生行為，包申格效應對去孿生行為具有較大影響。
　　對AZ31B鎂合金低周疲勞研究結果表明，在壓-壓非對稱低應變幅疲勞條件下，在1

6、.0％應變幅以下條件時，軸向樣品呈現(xiàn)出一種連續(xù)的循環(huán)硬化特性，并且硬化率隨著應變幅的增加而增大;而在1.0％應變幅條件下，應力幅隨循環(huán)周次基本保持不變。在拉伸形變階段的循環(huán)硬化導致了材料疲勞性能的不對稱性，并且這種不對稱性隨著應變幅的增加而增加。疲勞過程中壓縮和拉伸階段不同的塑性變形機制是滯回曲線不對稱的主要原因。在低應變幅下，位錯滑移為主要塑性變形機制，是循環(huán)硬化的主要原因;而在較高應變幅下，孿生-去孿生為主要變形機制，是1.0％應變

7、幅下應力基本不變的主要原因。在拉-拉非對稱低應變幅應變疲勞條件下，原始擠壓退火樣品（原始軸向樣品）除了0.3％應變幅外，在其它應變幅下的整個疲勞過程中均發(fā)生了弱循環(huán)硬化行為;而擠壓比為RE=6.25的二次擠壓樣品（具有較弱的{0001}//ED織構的樣品）在0.3％應變幅和0.5％應變幅下，在疲勞初期均呈現(xiàn)出循環(huán)軟化，然后應力幅隨著循環(huán)周次的增加基本不變;隨著應變幅的增加，應力幅在整個疲勞過程中基本恒定。同一應變幅下，二次擠壓樣品的應力

8、幅大于原始軸向樣品的應力幅。原始軸向樣品的滯回曲線在0.5％應變幅下開始呈現(xiàn)非對稱性，而二次擠壓樣品的滯回曲線在0.7％應變幅開始為非對稱性;且隨著應變幅的增加，非對稱性越來越明顯。同一應變幅下，由于具有較強的織構，原始軸向樣品滯回曲線的不對稱性強于二次擠壓樣品。在拉-壓對稱低應變幅疲勞條件下，軸向樣品從0.35％應變幅到0.75％應變幅呈現(xiàn)出明顯的循環(huán)硬化現(xiàn)象;而在0.25％應變幅下，隨著循環(huán)周次的增加，應力幅先增加而后基本保持不變。