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(jià)而又有效的強(qiáng)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(duì)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(jī)制等方面還缺乏系統(tǒng)的研究，影響了鎂合金的進(jìn)一步發(fā)展。以往大多數(shù)對(duì)鎂的塑性變形機(jī)制的理解都是在研究純鎂單晶變形的基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)際應(yīng)用中的多晶鎂合金材料的變形行為研究

2、較少。對(duì)多晶鎂合金中滑移和孿生兩種塑性變形方式與合金的強(qiáng)度和塑性的內(nèi)在聯(lián)系沒(méi)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(jī)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(duì)Mg9AIIZn合金上述性能的改善作用。研究目的是為MgAIZn合金的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和研究提供理論和實(shí)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(shí)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(cè)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(guò)程和組織形成的模型。隨AI和Zn含量的增加，合金的流動(dòng)性提高。在Flemings流動(dòng)模型的基礎(chǔ)上發(fā)展出了MgAIZn合金的流動(dòng)機(jī)制。MgAIZn合金的流動(dòng)可以分為兩個(gè)階段，第一階段為過(guò)熱的消耗第二階段為零過(guò)熱流動(dòng)。鑄態(tài)MgAIZn合金中，AZ51具有最高的常溫抗拉強(qiáng)度，但屈服強(qiáng)度較低AZ95和AZ55合金具有可接受的常溫抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度的結(jié)合。高溫下，合金元素較少的合金強(qiáng)度降低，合金元素相

5、對(duì)較多的合金強(qiáng)度卻有所提高，AZ95合金具有良好的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)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(qiáng)化機(jī)制，解釋了不同組成的合金的強(qiáng)度變化規(guī)律。在本文的試驗(yàn)條件下，MgAIZn合金的拉伸強(qiáng)度受兩方面的影響，一是合金本身的性質(zhì)，二是拉伸過(guò)程中的形變強(qiáng)化。高溫和常溫下，這兩個(gè)因素的不同作用使得合金的強(qiáng)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