AT63镁合金室温和高温变形行为的研究

【摘要】近年来，含Sn镁合金受到人们越来越多的关注。向镁合金中添加Sn元素会形成Mg2Sn相，由于Mg2Sn具有高的熔点、硬度以及热稳定性，因此显著提高了镁合金的抗蠕变性和强度；另外，由于Al、Sn的共掺降低镁合金的层错能，激活了非基面滑移，从而提高了合金的塑性。因此，深入研究含Sn镁合金的塑性变形行为对开发新型高强韧镁合金具有重要的意义。本文通过Mg–6Al–3Sn(AT63)镁合金室温和高温下的力学性能测试，结合微观组织表征，研究了室温变形时的各向异性和应变速率敏感性(SRS)以及高温变形时的动态再结晶和晶界滑移行为，并探讨了AT63镁合金的变形机理，得出以下主要结论：(1)AT63挤压镁合金由于具有偏向的初始基面织构而呈现出明显的各向异性。在拉伸变形时表现为：ED方向具有较高的屈服强度(208MPa)，而TD和45D方向的屈服强度相同(153MPa)；ED方向具有最高的抗拉强度(311MPa)和最低的断裂延伸率(19.8%)，而45D方向具有最高的断裂延伸率(30.9%)和最低的抗拉强度(276MPa)；对于加工硬化指数，TD方向>45D方向>ED方向。(2)AT63挤压镁合金的压缩性能对应变速率较为敏感。随着应变速率从10–4s–1增加到10–1s–1，ED、TD和ND方向的断裂应变分别从11.6%、12.8%和9.6%升高到12.8%、16.8%和12.3%。然而，ED方向的屈服强度和最大压缩强度分别从116和416MPa减小到106和410MPa，TD方向上从116和398MPa减小到100和370MPa。对于ND方向，屈服强度从123MPa增大到140MPa，最大压缩强度从350MPa减小到339MPa。(3)孪生对AT63挤压镁合金的室温拉伸变形有重要作用。当沿着TD和45D方向拉伸时，{1012}孪晶在变形初期(ε<2.5%)就已经形核；而沿着ED方向拉伸时，{1012}孪晶的形核时间相对落后。此外，不同{1012}孪晶变体的产生导致孪晶界在TD方向上呈现出交叉状而在45D方向上表现出平行状，大量交叉的孪晶界通过阻碍位错滑移提高了TD方向的加工硬化能力，而平行状的孪晶界通过促进位错滑移提高了45D方向的塑性。(4)AT63挤压镁合金压缩变形时的应变速率敏感性(SRS)在不同方向上明显存在差异，主要归因于不同变形模式的开启。当沿着ED方向压缩时，随着变形的进行，变形机制由{1012}孪晶向{1011}孪晶发生转变，导致SRS在低应变区间内(ε<7%)呈现出增大而在高应变区间内(ε>7%)呈现出减小的趋势。当沿着TD方向压缩时，{1012}孪晶和{1011}孪晶都能够产生并共同协调变形，从而SRS在整个变形过程中变化不大，其值接近于-0.014；当沿着ND方向压缩时，SRS随着应变的增大逐渐降低，并且在低应变区间内(ε<4%)其主要的变形机制为锥面<c+a>滑移而表现出正值，高应变区间内(ε>4%)由于{1011}孪晶的增多而表现出负值。(5)变形温度对AT63轧制合金的高温变形行为有着重要的影响。当拉伸变形温度升高到200oC时合金出现了超塑性。动态再结晶会随着变形温度的升高而更早的发生，当变形温度为250oC时，动态再结晶在断裂之前就已经完成，而150oC时，动态再结晶在断裂时仍未完成。另外，AT63轧制镁合金在250oC拉伸变形后期发生了以晶粒转动为主要协调机制的晶界滑移，从而获得了很好的高温塑性。
【作者】李进彪；
【导师】王慧远；
【作者基本信息】吉林大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】镁合金；各向异性；应变速率敏感性；孪生；动态再结晶；

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