论文部分内容阅读
镁合金作为一种轻质材料,具有比强度高、良好的耐蚀性等特点,被广泛应用于航空航天、高速列车以及汽车制造等工业领域,但是,镁合金的低强度与低塑性至今是限制镁合金应用与发展的一个重要原因。其实,强度与塑性问题一直是金属材料领域一个很难攻克的难题,多晶体材料大多数的塑性变形主要通过位错的滑移来实现,位错越容易滑移意味着材料的塑性越好,但从强度角度而言,位错滑移越困难表明材料的强度越高,这也就致使强度与塑性很难同时提高,甚至很多时候材料强度的提高其塑性则不可避免会下降,反之亦然。在金属材料的强化机理中,细晶强化是为数不多的一个使材料强度提高的同时也会提高其塑性的强化机制,而镁合金的许多加工方式正是利用了这一原理,例如差速轧制、等通道挤压与等径角挤压等。但是,当材料的晶粒尺寸细化到一定程度时,它的塑性会迅速下降,因此这类加工方法有一定的局限性。在此种情况下,如何使镁合金强度提高的同时让其仍保有一定的塑性则是本文研究的重点内容。本文以ZK60镁合金作为研究对象,首先,通过改变轧制(Rolling)的道次数制备不同轧制态ZK60镁合金,利用金相显微镜、显微硬度计与拉伸测试等手段分析对比其微观组织和力学性能,从中选取强塑性较好的轧制态ZK60镁合金进行超声表面滚压加工(Ultrasonic surface rolling processing USRP);同时,观察复合处理(Rolling+USRP)制备的梯度纳米结构材料的微观组织与力学性能,并探索梯度纳米结构对材料拉伸性能的影响机制。主要研究结果如下:(1)轧制9道次后,ZK60镁合金的晶粒尺寸仅4.7μm,屈服强度与抗拉强度分别为235MPa、310MPa,延伸率为17.5%。通过对比,此时轧制态ZK60镁合金强塑性匹配较优,最适USRP处理。(2)ZK60镁合金复合改性后制备的梯度纳米结构层厚度为300μm,表层最小晶粒尺寸为50nm,平均晶粒尺寸约100nm。拉伸实验测得,复合改性后ZK60镁合金屈服强度、抗拉强度分别为283MPa、359MPa,而延伸率仍有14.8%,强塑积U_T达到了5313.2MPa·%。(3)梯度纳米结构使材料强度提高的同时仍保有一定塑性的原因是梯度纳米结构具有较高的均匀拉伸伸长率,极大的延缓了材料塑性的急剧下降。(4)经分析,复合改性后强度的提高主要强化机制为细晶强化、位错强化、析出强化,其所得屈服强度占材料总屈服强度的比例分别为:48.02%、40.85%、11.02%。