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挤压态Mg-12Gd-3Y-0.5Zr（wt.％）合金力学性能及组织研究

作　者: 韩松
导　师: 王经涛；朱荣
学　校: 南京理工大学
专　业: 材料学
关键词: Mg-12Gd-3Y-0.5Zr(wt.%)合金 Hall-petch关系孪晶 Z参量应变硬化率
分类号: TG146.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

镁合金因其高比强度、比刚度被认为是最具潜力的材料。但是镁合金在室温下塑性差、难以被加工,这就限制了镁合金的实际应用。Mg-12Gd-3Y-0.5Zr(wt.%)合金具有良好的耐蚀性能和机械性能,具有很好的应用前景。本文通过对该挤压态合金力学性能和微观组织的研究分析来促进镁合金应用。本文对Mg-12Gd-3Y-0.5Zr(wt.%)合金进行静态力学试验,并检验晶粒尺寸、温度和应变率对合金力学性能的影响。通过控制固溶时间可以获得不同晶粒尺寸大小(范围为9.6到94.2μm)的试样,本试验温度分别为25℃、-25℃和-50℃,应变速率分别为1×10-4s-1,1×10-3s-1和5×10-3s-1。并使用光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜来观察试样在变形过程中组织的变化。研究发现当温度降低时,塑性变形由滑移主导的变形方式向孪生主导转变；当试验晶粒尺寸变大或者应变速率较大时同样发生了滑移向孪生的转变。变形机制的转变导致了Hall-Petch关系中斜率的变化,本文采用Zener-Hollomom参量来描述温度、应变率对孪生的综合影响,实验结果表明随着Z参量的增大,孪生发生率将会随之增加；当晶粒尺寸大于36.6gm,并且lnZ>71.78时,变形机制由滑移向孪生转变。同时本试验研究了拉伸/压缩屈服强度的不对称,拉压不对称性主要是由于变形过程中孪晶发生率的不同造成的。孪晶面积分数大小还会影响材料的加工硬化性,拉伸变形时试样的硬化改变了材料的塑性,本文主要分析温度、应变速率和晶粒尺寸对材料加工硬化的影响,研究发现试样在变形过程中硬化的第二阶段存在动态恢复,当晶粒尺寸变小、温度上升时,应变硬化率上升,孪晶在此条件下难以开动是导致该结果的主要原因。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-9
1 绪论  9-19
  1.1 镁及镁合金的概述  9-11
    1.1.1 镁及其合金的性质  9-10
    1.1.2 镁合金的分类  10-11
  1.2 镁及镁合金主要的塑性变形机制  11-16
    1.2.1 滑移变形机制  12-13
    1.2.2 孪生变形机制  13-15
    1.2.3 滑移和孪生之间的关系  15-16
    1.2.4 晶间变形机制  16
  1.3 镁及镁合金的塑性加工性能  16-17
  1.4 Mg-12Gd-3Y-0.5Zr(wt.%)合金的开发及应用前景  17-18
    1.4.1 Mg-12Gd-3Y-0.5Zr(wt.%)合金的开发  17-18
    1.4.2 Mg-12Gd-3Y-0.5Zr(wt.%)合金的应用前景  18
  1.5 本文的研究内容及意义  18-19
2 试验材料和试验方案  19-27
  2.1 试验材料  19
  2.2 实验方案  19-21
  2.3 力学试验  21-22
  2.4 试样XRD测试分析  22
  2.5 光学显微分析  22-24
    2.5.1 光学显微照片上晶粒尺寸的标定  23
    2.5.2 金相照片上孪生发生率的统计  23-24
  2.6 扫描电子显微分析(SEM)与透射扫描电子显微分析(TEM)  24-25
    2.6.1 扫描电子显微镜和样品的制备  24-25
    2.6.2 透射扫描电子显微镜和样品的制备  25
  2.7 显微硬度测试  25-26
  2.8 差示扫描量热法(DSC)测试分析  26-27
3 力学实验结果与显微组织分析  27-52
  3.1 温度、应变速率控制下的拉伸变形  27-38
    3.1.1 拉伸力学性能  27-29
    3.1.2 Hall-petch关系  29-31
    3.1.3 拉伸变形后的光学显微分析  31-34
    3.1.4 影响孪晶面积分数的因素  34-38
  3.2 Mg-12Gd-3Y-0.5Zr(wt.%)合金的拉压不对称性  38-41
    3.2.1 拉伸、压缩的力学性能  38-39
    3.2.2 压缩变形后的光学显微分析  39-41
  3.3 Mg-12Gd-3Y-0.5Zr(wt.%)合金在拉伸、压缩下的失效分析  41-44
    3.3.1 拉伸下的失效分析  41-43
    3.3.2 压缩下的失效分析  43-44
  3.4 Mg-12Gd-3Y-0.5Zr(wt.%)合金塑性变形后的透射电子显微分析  44-51
    3.4.1 孪晶的形貌分析  44-46
    3.4.2 孪晶的本构形核模型  46-51
  3.5 本章小结  51-52
4 加工硬化的性能分析  52-63
  4.1 晶粒尺寸对加工硬化的影响  52-56
  4.2 应变硬化率本构方程的建立  56-58
  4.3 Mg-12Gd-3Y-0.5Zr(wt.%)合金拉伸前后的硬度测试分析  58-62
    4.3.1 不同晶粒尺寸试样拉伸前后的硬度变化规律  58-59
    4.3.2 Z值不同时试样在拉伸前后的硬度变化规律  59-62
  4.4 本章小节  62-63
5 结论  63-64
致谢  64-65
参考文献  65-69
附录  69

挤压态Mg-12Gd-3Y-0.5Zr（wt.％）合金力学性能及组织研究

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