动态挤压技术制备强韧镁合金的微观组织演变及力学性能研究

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镁合金是最轻的结构工程材料,在航空、航天、船舶运输等领域有广阔的应用前景。大部分镁合金材料性能在室温下强度很低,其密排六方晶体结构限制了塑性变形的独立滑移系数量,这同时又导致室温下镁合金塑性较差。到目前为止,针对镁合金强韧方法的研究虽较为火热,但仍然存在许多需要解决的问题。本文的研究以AZ31镁合金为研究对象,利用等通道转角挤压对镁合金晶粒进行细化,同时在不同晶粒尺寸的镁合金样品中提出两种动态挤压技术以引入高密度变形孪晶,旨在制备出一种强韧结合的AZ31镁合金,并研究其背后的强韧化机理,对镁合金强韧化提供一种新的方法与理论。首先,利用有限元技术对动态挤压中塑性变形进行了研究,然后利用光学金相显微镜、扫描电子显微镜以及透射电镜等微观分析技术对不同状态样品微观组织进行了分析,系统地研究了晶粒尺寸、织构、变形孪晶对镁合金力学性能的影响。本文主要结论如下:(1)首先利用动态挤压技术在细晶AZ31镁合金中引入了高密度的{10-12}变形孪晶,并通过中温退火减少高密度位错组织后,最终制备出预孪晶细晶AZ31镁合金表现出良好的强度和延展性;通过对动态挤压与中温退火的样品分析表明,较高的施密特因子有助于提升镁合金沿挤压方向的屈服强度;(2)在拉伸塑性变形过程中,高密度孪晶界可作为位错运动的屏障,显著提高了AZ31镁合金的强度。同时,孪晶界通过改变局部晶体取向,提供了更多的位错形核位置和滑移系统,这有助于提高塑性。(3)其次利用等通道转角挤压技术与动态压缩相结合,在不同的晶粒尺寸镁合金样品中引入高密度的{10-12}变形孪晶,制备出的预孪晶镁合金同样显示出良好的强度与延展性;等通道转角挤压细化晶粒后,未引入变形孪晶的双峰微观结构的镁合金样品显示出最佳的拉伸延展性,晶粒尺寸进一步细化后的镁合金拉伸延展性与均匀延伸率均减小;(4)在细晶镁合金中引入高密度变形孪晶可以有效地提升镁合金的塑性,这是由于在塑性变形过程中孪晶可以为位错提供更多的形核点以及在阻碍位错运动增殖;镁合金的应变硬化能力主要取决于基底滑移绵中有限的位错增殖与相互作用,而引入高密度变形孪晶后可以为位错提供新的形核点从而有效地提高镁合金的应变硬化能力;
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