AZ31镁合金轧制板材各向异性行为的晶体塑性研究

室温下,镁合金的主要变形机制是滑移和孪生相互竞争。为了从介观尺度准确描述这种变形机制,晶体塑性本构关系需要考虑滑移和孪生的耦合作用。基于滑移-孪生耦合的晶体塑性本构关系,本文采用代表体积单元法建立了多晶模型,并对AZ31镁合金沿RD和TD方向进行拉伸模拟分析。结果表明:沿RD方向的变形机制为基面滑移、柱面滑移、锥面滑移,沿TD方向为柱面滑移和锥面滑移。沿不同方向基面滑移对变形的贡献不同,造成AZ31镁合金轧制薄板沿RD方向的屈服强度小于TD方向,表现出强烈的力学性能各向异性。     

晶界形貌、织构对AZ31镁合金各向异性的影响

采用金相观察、织构分析、拉伸实验等方法,研究了变形工艺、晶界形貌及织构对AZ31镁合金屈服强度及延伸率各向异性的影响.结果表明:轧制过程会使晶粒拉长而产生平直晶界,当拉伸应力方向与平直晶界走向成45°时,AZ31镁合金总是表现出低屈服强度和高延伸率;除了织构之外,晶界形貌也在一定程度上影响着镁合金的力学性能;当拉伸应力与平直晶界走向成0°或90°时,基面滑移的Schmid因子和拉伸孪晶是影响镁合金力学性能的主要因素.     

镁合金板材温热成形性能

通过热模拟单拉试验,获得了AZ31镁合金板材在不同工艺条件下的真实应力应变曲线,分析了温度和应变速率对流变应力的影响.通过极限拉伸比试验,研究了轧制、退火、拉伸温度、拉伸速度、拉延间隙以及压边力等工艺因素对镁合金板材成形性能的影响.结果表明:交叉轧制和退火工艺能够显著提高镁合金板材的力学性能;在极限拉伸温度150℃、极限拉伸速度15 mm/s的工艺条件下,极限拉伸比能够达到3.0;AZ31镁合金板材适宜的拉延间隙为板厚的1.2倍.     

多道次等径角轧制对AZ31镁板组织性能的影响

对AZ31镁合金进行多道次等径角轧制,并分析其微观组织、宏观织构和室温力学性能.结果表明,随着轧制道次的增加,板材的晶粒组织出现交替细化与粗化的现象,并直接影响板材后续退火组织的大小和均匀性.由于累积剪切变形的作用,等径角轧制后板材的基面织构明显弱化.七道次等径角轧制后基面极轴出现沿轧向分离,板材屈服强度降低约54%,而伸长率提高约43%.基面织构弱化和晶粒细化是等径角轧制板材塑性提高的主要原因.     

热轧AZ31镁合金薄板的室温成形性

针对AZ31镁合金板材室温冲压成形较差的特点,采用不同轧制温度获得镁合金板材,使用半球形凸模胀形,绘制镁合金室温成形极限图并分析轧制温度对镁合金板材组织和室温成形能力的影响.发现AZ31镁合金板材的成形性能不仅与晶粒尺寸有关,还与晶粒取向有关.基面织构的减弱可明显提高板材的胀形性能,在基面织构强度相似的情况下,晶粒尺寸对板材的成形性能起决定性影响.     

退火纯钛板压缩力学性能的各向异性

沿退火纯钛板材轧向(RD 0°)、横向(RD 90°)以及轧制平面内与轧向成45°(RD 45°)等3个方向取圆柱形试样,采用Instron电子拉伸机和分离式Hopkinson压杆,进行准静态和动态压缩实验,获得不同应变率下的应力-应变曲线,计算3个方向的应变率强化效应.研究结果表明:退火纯钛板准静态和动态压缩力学性能均表现出明显的各向异性,其中RD 90°方向屈服强度最大,RD 45°方向次之,RD0°方向屈服强度最小;在较小的应变程度下流变应力也具有同样的规律.不同方向上的应变率强化效应也存在显著差异:RD0°方向最强,RD 45°方向次之,RD 90°方向最弱;基于纯钛{0001}〈11(2)0〉基面和{10(1)0} <1(2)10〉棱柱面滑移微观塑性变形机制,结合晶体塑性变形理论,考虑多晶板材晶体取向分布,定性解释了退火纯钛板压缩力学性能各向异性.     

AZ91铸造镁合金屈服行为的实验研究

在室温下,通过压剪试件(SCS)法对AZ91铸造镁合金进行不同加载速率下(4.8、48、480 mm/min)的复合压剪实验,研究AZ91铸造镁合金复杂应力状态下的力学行为。结合单轴拉伸实验、单轴压缩实验和"帽型"试件剪切实验的结果,得到AZ91铸造镁合金的实验初始屈服面。通过实验,以及实验屈服面、Ellipse准则理论屈服面和极限应变能强度理论(LESET)屈服面的比较,可以发现:在研究的应变速率范围内(0.01~1 s-1),AZ91铸造镁合金弹性阶段具有明显的应变率负敏感性,初始屈服强度随着应变速率的增大而减小;Ellipse准则对AZ91镁合金屈服的判定优于LESET,可以比较准确地描述AZ91铸造镁合金在复合压剪应力状态下的屈服行为;由实验屈服面和Ellipse准则理论屈服面可以初步判断,正应力对AZ91铸造镁合金的屈服具有促进作用,而静水压力对其有抑制作用。     

大应变轧制技术制备细晶AZ31镁合金板材

晶粒细化可以改善镁合金的强度和延性,通过控制轧制工艺可以控制变形组织.文中研究了不同轧制道次变形量对AZ31镁合金组织和性能的影响.实验结果表明:随着轧制道次变形量的增加,轧制应变速率增加,镁合金发生了动态再结晶,获得细小的晶粒组织,板材的硬度增加;但是,当轧制道次变形量增加到一定值之后,板材的表面出现宏观裂纹;采用大的道次轧制应变技术,可以减少轧制道次,制备晶粒尺寸为2～5μm的细晶镁合金板材.     

优异力学性能的AZ31镁合金挤压板材:多类型织构的作用

采用横向梯度挤压（TGE）和传统挤压（CE）工艺制备Mg–3Al–1Zn（AZ31）镁合金板材，系统地研究了镁合金在挤压工艺中流变和动态再结晶行为，并对挤压AZ31镁合金板材的微观组织、织构和力学性能进行了分析。结果表明，由于在横向梯度挤压工艺中引入了沿板材横向额外流速和沿挤压方向流速差，板材具有细小晶粒的微观组织和多种类型的织构。板材横向从边缘到中心基极逐渐偏离法线方向，在板材中心区域达到最大倾角65°。此外，除了横向梯度挤压板材中心区域外，板材基极沿挤压方向向横向偏转40°–63°。与传统挤压板材相比，横向梯度挤压板材具有高的延展性和应变硬化指数（n值），低的屈服强度和Lankford值（r值）。由于横向梯度挤压板材在变形过程中基面滑移和拉伸孪晶容易被激活，板材延伸率最高可达41%，屈服强度低至86.5 MPa。     

时效对AZ31镁合金组织与性能的影响

对挤压后的AZ31镁合金件进行时效处理。时效温度为200-300℃,时效时间为15min-3h。研究了不同时效温度、时间对AZ31镁合金微观组织、力学性能的影响。结果表明：合适的时效工艺可使挤压变形后的试样组织达到平衡状态,材料塑性有较大幅度提高,而强度并没有显著降低。对于AZ31镁合金,最佳的时效工艺为275℃保温0．5 h。     

异速比对异步轧制AZ31镁合金板材组织和织构的影响

采用不同异速比对AZ31镁合金板材进行异步轧制,并将轧后样品进行显微组织和X射线衍射分析,研究异速比对镁合金板材组织和织构转变的影响. 结果表明:异速比的变化对晶粒形貌影响较大但晶粒细化效果不明显;当异速比为2.800时,板材内出现了长条晶粒;快速辊侧{0002}基面织构强度高于慢速辊侧,且板材两侧表面{0002}晶面的偏转方向相反;异速比对基面织构的强度影响显著,随着异速比的增大,基面织构的强度先增加后下降. 这种特殊的织构变化与异步轧制过程中沿厚度方向引入的剪切变形有关.     

异步轧制AZ31镁合金板材的组织性能研究

采用异速比为1．05的异步轧机,在600K和650K温度下,对AZ31镁合金进行道次压下量分别为5％,10％及20％的异步轧制,并将所得板材与同步轧制板材进行对比．实验结果表明：异步轧制不能从本质上改变AZ31镁合金的基面织构组分,但能在一定程度上削弱（0001）基面织构;异步轧制能减少镁合金板材中的孪晶并促进动态再结晶的发生,使板材的晶粒组织细化和均匀化,从而提高镁合金的塑性变形能力,与同步轧制板材相比,异步轧制板材的室温强度稍有降低,但轧向与横向延伸率均提高了约33％。     

AZ31B镁合金板材微量元素对拉伸力学性能各向异性分析

由于镁合金板材具有密度小,比刚度和比强度都比较高以及具有较好的导热性等特点,在通讯、交通以及家电领域中都得到了极为广泛的应用。因为轧制而使得镁合金晶体具有取向的特征,而且镁合金晶体自身的对称性不好,因此镁合金会经常表现出各项异性行为。本文主要通过试验对三种AZ31B型镁合金板材的异性行为进行分析,进而为镁合金板材的形成和加工提供可靠的理论依据。     

两步等通道角挤压AZ31镁合金的微观组织和力学性能

对AZ31镁合金经等通道角挤压（ECAE）变形后的微观组织和力学性能进行了研究．结果表明：在498-523K温度范围内变形后,合金晶粒随着变形程度增加明显细化,延伸率提高,但屈服强度降低;随着变形温度降低,变形后合金的延伸率下降,而屈服强度有所提高．基于以上两点规律提出了两步ECAE工艺,在两步ECAE变形过程中,AZ31合金的变形温度可以降低至453K,经两步ECAE变形后,获得亚微米级的亚结构AZ31镁合金的强韧性随之得到明显的改善．     

预处理对高应变速率轧制镁合金板材组织均匀性和力学性能的影响

传统的镁合金板材加工技术存在生产效率低、成本偏高和成形性能不够理想等局限.本论文采用高应变速率轧制对AZ31镁合金进行轧制,对比研究了两种预处理方法对板材组织性能的影响.结果表明,高应变速率轧制是获得具有细小晶粒组织和良好综合力学性能的镁合金板材的有效手段.经过预变形+均匀化的预处理,高应变速率轧制板材的组织均匀性得到...     

AZ91铸造镁合金屈服行为实验研究

摘要：在室温下,本文通过压剪试件（SCS）法对AZ91铸造镁合金进行不同加载速率下（4.8/48/480mm/min）的复合压剪实验,对AZ91铸造镁合金复杂应力状态下的力学行为进行研究。再结合单轴拉伸实验、单轴压缩实验和“帽型”试件剪切实验的结果,得到AZ91铸造镁合金的实验初始屈服面。通过实验,以及实验屈服面、Ellipse准则理论屈服面和极限应变能强度理论（LESET）屈服面的比较,可以发现：在本文研究的应变速率范围内（0.01～1s-1）,AZ91铸造镁合金弹性阶段具有明显的应变率负敏感性,初始屈服强度随着应变速率的增大而减小;Ellipse准则对AZ91镁合金屈服的判定优于LESET,可以比较准确的描述AZ91铸造镁合金在复合压剪应力状态下的屈服行为;由实验屈服面和Ellipse准则理论屈服面可以初步判断,正应力对AZ91铸造镁合金的屈服具有促进作用,而静水压力对其有抑制作用。     

热处理对含Y元素AZ31镁合金板材组织和性能的影响

对含Y元素AZ31镁合金板材进行退火处理后的组织和性能进行了研究.结果表明:随着退火温度的升高,镁合金晶粒尺寸逐渐增大,力学性能略有提高然后降低;退火时间对镁合金晶粒尺寸影响不大;在300℃下退火1 h后板材性能达到最佳,抗拉强度为255 MPa,屈服强度为170 MPa,延伸率为24%;经过热处理后镁合金断裂方式为准解理断裂和韧性断裂的复合形式.     

凹模温度对AZ31B镁合金板材冲压成形性能的影响

采用Nakazima半球凸模胀形法获取不同凹模温度下AZ31B镁合金板材的成形极限曲线(FLC),研究了温冲压过程中凹模温度对镁合金板材成形性能的影响.运用有限元法对等双拉试样进行热-力耦合模拟,得到不同凹模温度下的温度场,分析AZ31B镁合金板材与凹模在热传递过程中的热-力耦合关系.另外,通过试制汽车行李箱铰链支架盖板零件,验证了实际工况下凹模温度对AZ31B镁合金板材成形极限的影响.结果表明:凹模温度的降低,会显著改变AZ31B镁合金薄板成形时的温度梯度分布,造成材料成形极限的下降以及破裂位置的改变;不同凹模温度下所得FLC的模拟值与其实验值相符.     

2014铝合金轧制板材各向异性研究

本实验研究了2014铝合金轧制板材的力学性能和抗晶间腐蚀性能。先将试样进行不同工艺的热处理实验,试样会沿晶界产生析出物,形成纤维组织,所以板材会出现各向异性。通过测量平行纤维方向和垂直纤维方向的力学性能和抗晶间腐蚀性能。得出平行纤维方向的板面具有较低的硬度,和较好的抗晶间腐蚀性能;而垂直纤维方向的板面具有较高的硬度,但其抗晶间腐蚀性能降低。     

镁合金板材温热冲压成形热力耦合数值模拟

采用Gleeble3500热模拟试验机进行单向拉伸试验,获取了材料的力学性能参数,分析了AZ31镁合金板材的力学性能特点.采用热力耦合技术对镁合金板材温热冲压过程中的温度场进行了数值模拟,研究了冲压过程中温度场的分布规律,并对差温拉延工艺进行了分析.结果表明:差温拉延工艺可以提高镁合金板材的温热成形性能;采用热力耦合技术的数值模拟更能反映AZ31镁合金板材的温度敏感特性.