镁合金力学性能 - 论文答辩

7%的孪生体积分数明显少于 5%，这是因为变形量超过一定 数值后，原有孪生开始互相交 叉生长和覆盖；
除了产生大量的{10-12}拉伸孪 晶外（红色线条），还有产生 了少量的压缩孪晶（紫色线条）， 这是因为初始态试样并不是理想 状态的完全基面织构。
试样在不同变形量下的EBSD成像图
2. DPD后试样织构的变化：
1.8 2.7 7.9
汽车行业
~60%航空~航2%天等国~1防0%军
工
通用机械
镁合金塑性加工中的问题：
由于加工成本的原因，现有镁合金产品中，变形镁金只占约 10%，急需发展最具市场潜力的低成本挤压型材和轧制板材。
主要问题
解决途径
镁合金塑性变 形理论体系的 基础研究
易形变 加工开
裂
可承受的 变形速率
论文题目：
AZ31镁合金动态塑性变形对拉 伸性能的影响
答 辩 人： 魏小龙 学 号 ：20083934 班 级 ：09级材加2班 指导老师 ：张喜燕 教授
课题研究背景：
除镁了合优金秀是的目力前学工性程能应外用，中还比具重有最轻的金属结构材料; 导热性好、电磁屏蔽能力强的特点。
镁铝钢
3C产品
密度g/cm3 比阻尼系数
90°拉伸曲线不像0°存 在“上凹段”，说明 90°拉伸中不存在“退 孪生”活动。
不同变形量90°拉伸应力-应变曲线
结论
本文通过测定AZ31镁合金试样在1%、3%、5%和7%不同应 变量下，以及与DPD载荷方向呈0°、90°夹角拉伸后的组织结 构，来分析DPD变形对力学性能的影响，得出以下几条结论：
ND
RD TD
DPD
DPD
1%、3%、5%、7%变形量下试样{0001}极图
从图中可以看出，随着变形量的增加， 原有的基面织构在DPD冲击载荷作用下， 发生{10-12}拉伸孪生的晶粒也越多，晶粒 向RD方向偏转86.3°，最终呈现出晶粒取向 趋于平行RD方向。
3. DPD后试样0°方向拉伸的力学性能：
本论文着重研究的是AZ31镁合 金在DPD后，其组织结构的变化， 以及DPD后镁合金不同方向上拉 伸性能的变化。
实验部分： 合金成分
实验材料： 普通商用AZ31镁合金热轧板坯
Al : 2.95% Zn: 0.94% Mn: 0.41% Si: 0.18% 其余为Mg
试验设备： • Instron Dynatup 8120落锤冲击试验机， • 金相显微镜， • SHIMADZU AG-X10KN拉伸机， • X-射线衍射仪， • 场发射扫描电子显微镜（配有EBSD探头）
0.40mm
实验具体过程：
5. 在SHIMADZU AG-X10KN拉伸机 上 对拉伸试样进行单轴拉伸试验，得 到不同DPD变形量和不同角度上的 拉伸曲线；
6. 对拉伸后的试样进行EBSD观察，断 口观察，记录拉伸后试样的组织特征， 对实验结果进行分析讨论，得出最终结 论，撰写论文。
实验结果和分析 一: AZ31镁合金试样DPD前的初始组织状态：
D P D 后
1%、3%、5%、7%变形量下试样0°拉伸极图, x轴为ND方向.
0° 拉
伸
0° 拉 伸 出 现 “ 退 孪 生 ”
即 0° 拉 伸 会 使
现象，晶粒重新平行于ND
DPD 时 发 生
方向。
{10-12} 孪 生 的 那些晶粒恢复
原状。
0°拉伸应力-应变曲线：
0°拉伸试样在经历了一小段弹 性变形后，出现了一大段“上凹 形”曲线，这就是在0°方向进 行拉伸时“退孪生”所引起的现 象。
在退孪生结束之后，试样的孪 晶强化效果消失，其变形所需 的应力也就降低，故曲线呈下 降趋势;而且随着DPD变形量的 增加，试样的屈服强度和延伸 率也增加。
不同变形量0°拉伸应力-应变曲线
4. DPD后试样90°方向拉伸的力学性能:
D P D 后
1%、3%、7%变形量下试样90°拉伸极图， x轴为ND方向， z轴为RD方向.
DPD
DPD
3%、5%和7%的变形样品；
实验具体过程：
3. 将DPD后的样品进行去应力退火； 然后在样品的ND-RD面和ND-TD面 上分别切取切取0°和90°拉伸试样；
4. 对所取DPD变形后的金相试样 进行打磨、电化学抛光和腐蚀 然后对腐蚀后的试样进行金相 观察；
拉伸试样尺寸： 平行段：5.00mm， 宽 度：1.26mm， 厚 度：手工打磨至
低
精整矫直 困难
成材率低
塑性加工过程 中组织精细化 控制
动态塑性变形技术：
动态塑性变形（Dynamic Plastic Deformation，简称DPD） 是指材料在很高应变速率下发生的塑性变形，通常这类变形发生 在高速撞击中。
镁合金在室温下的强度较低，塑性也较差，研究DPD对镁合金 的影响可为镁合金材料加工提供指导意见和方法，提升镁的工业 价值。
实验具体过程：
1. 从所选的AZ31镁合金板材上沿 ND×TD ×RD方向切取尺寸为 22×30 ×30/(1-ε)的实验用试样；
ND RD
TD
其中单位为mm，
ε为DPD变形量
2. 利用Instron Dynatup 8120落锤冲击
试验机沿试样RD方向对其进行DPD
变形，应变速率约为500s-1，利用模 具控制样品的应变量，分别得到1%、
90°拉伸过程中，原始
90°拉 伸 垂 直 于晶 粒 c
90° 拉
的DPD织构并没有被改
轴，会抑制{10-12}孪
伸
变，说明90°拉伸中不存 在“退孪生”活动。
生 活 动 ， 而 {10-11} 压 缩孪生和非基面滑移 会被激活，主导整个
变形过程。
90°拉伸应力-应变曲线：
随着DPD变形量的增大， 试样的屈服强度也相应的增 大，这是因为存在{10-12}孪 生强化机制，其在DPD变形 过程中会形成孪晶界以阻止 位错的滑移且孪晶内部也会 形成位错纠缠，从而导致了 试样的形变强化效果，引起 了屈服强度的增大。
图1. 试样DPD前EBSD微观组织
图2. 试样初始组织示意图
从图1(a)中可以看出，变形前试样晶粒中没有孪生， 而且晶粒大小也较为均匀，与通常的轧制态镁合金一 样，变形前的试样具有强烈的{0001}的变化
1. DPD后试样的孪生情况：
从图中可以看到，随着应变量 的增加，晶粒中出现孪生的现 象也越来越多，这是因为变形 量增大,孪生的形核、长大也增多；