背壓對鎂合金等徑角變形的作用.pdf

1、鎂及鎂合金是迄今在工程應用中最輕的金屬結構材料，其優(yōu)異的性能備受關注，被廣泛的應用于航空航天、汽車、電子產(chǎn)品等領域。但是因其密排六方結構，室溫下可開動的獨立滑移系較少，導致鎂合金在室溫下塑性很差。目前許多學者采用等徑角變形技術(Equal channel angular pressing，簡稱ECAP)來細化晶粒，提高鎂合金的塑性。雖然通過ECAP晶粒細化的方法可以有效地改善鎂合金擠壓棒材的塑性，但是鎂合金擠壓棒材在前幾道次(尤其是初始

2、道次)ECAP變形后強度會明顯降低，多道次ECAP后有時會產(chǎn)生強度的有限提高。因此，ECAP同時提高鎂合金擠壓棒材的強度和塑性比較困難。另外，為了防止ECAP變形過程中試樣表面開裂，目前的大多數(shù)研究中鎂合金的ECAP變形通常在較高的溫度進行，而ECAP晶粒細化希望低的變形溫度，因為晶粒的細化程度取決于硬化和變形中晶體缺陷的累積；變形溫度高則回復快，晶體缺陷消失速度快，不利于晶粒的細化，甚至還會出現(xiàn)晶粒長大現(xiàn)象。因此，ECAP溫度高，則晶

3、粒細化效果差。
　　 針對鎂合金ECAP變形存在的問題，本文將采用背壓-等徑角變形技術(Equal channelangular pressing with back pressure，簡稱BP-ECAP)，來制備高強度高塑性的鎂合金。在背壓(靜水壓力)的作用下，難變形金屬可以在較低的溫度下發(fā)生塑性變形而不產(chǎn)生裂紋，同時可以明顯的細化晶粒，材料的機械性能也可以顯著提高。
　　 本文從研究方法上可以分為實驗和模擬兩部分。實

4、驗部分包括：熱壓縮實驗用來獲得一定范圍內鎂合金的應力—應力曲線；ECAP變形用來研究鎂合金在低變形溫度下的變形與斷裂行為；BP-ECAP變形制備高性能鎂合金；采用金相顯微鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SEM)以及透射電子顯微鏡(TEM)分析ECAP、BP-ECAP變形過程中的組織演變規(guī)律，探究BP-ECAP變形過程中鎂合金的變形機制；采用靜態(tài)拉伸、壓縮設備測試ECAP、BP-ECAP變形后鎂合金的力學性能；采用X射線衍射技術分析ECAP、

5、BP-ECAP變形過程中織構的演變，分析織構對鎂合金組織與性能的影響。模擬部分包括不同變形條件下鎂合金的ECAP和BP-ECAP變形的過程模擬，以及鎂合金ECAP變形過程中裂紋萌生、擴展模擬，并與實驗結果對比，分析背壓(靜水壓力)對鎂合金ECAP變形塑性變形區(qū)大小，交角間隙，變形均勻性的影響，取得以下主要結論：
　　 (1)施加背壓促使AZ31鎂合金擠壓棒材ECAP變形后織構強點發(fā)生分裂，TEM觀察證實這是由于〈c+a〉錐面滑移

6、開動造成的；這為靜水壓力能改變金屬材料的變形機制提供了直接證據(jù)，為理解靜水壓力下金屬塑性變形本質開辟了新的窗口；同時，靜水壓力促進〈c+a〉錐面滑移開動，對改善鎂合金的塑性變形能力具有十分重要的作用。
　　 (2)與不加背壓的ECAP變形加工相比，AZ31鎂合金擠壓棒材經(jīng)加背壓的ECAP變形加工后，強度和塑性同時顯著提高；這是由于背壓ECAP更加顯著的晶粒細化及背壓ECAP帶來的織構分裂降低了織構軟化的作用。這解決了鎂合金擠壓棒

7、材ECAP變形后強度降低的問題，為鎂合金的變形強韌化提供了一條新的途徑。
　　 (3)通過建立AZ31鎂合金的本構關系和斷裂判據(jù)，實現(xiàn)了對ECAP、背壓ECAP變形過程的有限元模擬，特別是裂紋的萌生和擴展過程。
　　 (4)通過實驗和模擬建立了AZ31鎂合金ECAP變形加工窗口。有限元模擬分析證實了施加背壓可以有效地控制裂紋的擴展、仍至裂紋的產(chǎn)生，可以使AZ31鎂合金在較低溫度下進行ECAP變形而不出現(xiàn)裂紋，從而擴大了A