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。本文對具有初始軋制織構(gòu)的AZ31鎂合金進(jìn)行了連續(xù)壓縮實驗，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、以及孿生對鎂合金性能的影響。
　　研究結(jié)果表明：
　　①鎂合金變形過程孿生的啟動與其晶界取向有關(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。
　?、谘爻跏架堉茟B(tài)試樣RD方向連續(xù)壓縮時，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，應(yīng)變增加孿晶界數(shù)量會迅速增加；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)目會隨著孿晶吞并基體晶粒而迅速減少；而在整個變形過程中，孿晶體積分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)一直上升的趨勢直至孿生完全，這主要是因為孿晶會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，孿晶界會隨之消失而孿晶體積分?jǐn)?shù)會達(dá)到極值。
　　③在初始變形下，基體晶粒內(nèi)部會優(yōu)先啟動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被激活來協(xié)調(diào)均勻塑性變形。
　?、苕V合金材料塑性變形過程中在晶界處會產(chǎn)生較多的孿生對，通過 EBSD原

5、位觀察本文得到孿生對的形成要素和機(jī)理：孿生對對應(yīng)的兩個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，但是要保證孿生對形成處基體晶粒取向差與孿生對之間的取向差基本相同且兩個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，并以協(xié)同生長的方式共同長大吞并基體。由于孿晶對涉及多個晶粒的變形，通過在晶界處形成多個孿晶對，可以協(xié)調(diào)多晶粒的局部變形。
　?、菀粋€晶粒內(nèi)部可同時啟動多種孿生變體，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顯著阻礙孿晶的正常生長，導(dǎo)致局部應(yīng)力集中，晶體會通過新孿生形核的方式來協(xié)調(diào)塑性變形；此外位錯反應(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，孿生片層數(shù)目較多，晶界體積分?jǐn)?shù)大，此時孿晶對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，此時孿晶