收藏本站
《浙江工业大学》 2013年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

挤压AZ31B镁合金及纯镁疲劳裂纹扩展研究

郑三龙  
【摘要】:镁及镁合金具有低密度,高比刚度和高比强度,易加工回收等优点,是电子电器、交通汽车、航空航天和兵工行业最具发展潜力的金属结构材料。镁及其合金塑性变形能力差、目前大部分镁合金构件为铸件,难满足工程实际在力学性能和产品形状尺寸上的需求。变形镁合金以优良机械性能和尺寸、规格多样优势受广泛关注,成为材料领域研究的重点方向之一。工程实际构件往往承受循环载荷,疲劳失效是在役设备最主要的失效方式之一。压力加工易引起镁合金晶粒择优取向形成织构,导致机械性能各向异性,对镁合金构件的疲劳行为和寿命评估有重要影响。研究织构镁合金的疲劳裂纹扩展行为、机理和寿命预测方法,具有重要的理论意义和应用价值。 本文针对挤压纯镁和挤压AZ31B镁合金,研究不同方向疲劳裂纹扩展行为和断裂机理,利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和背散射电子衍射(EBSD)等手段对材料的组织、裂纹扩展行为及断口进行分析,讨论了不同方向塑性变形、断裂机理、裂纹扩展路径及特征,分析了织构对挤压圆棒不同方向裂纹扩展的影响;分析Walker和Wheeler模型以及Paris公式对常幅和变幅加载下疲劳扩展速率预测适用性。本文的主要工作和成果如下: 研究表明挤压AZ31B镁合金圆棒具有纤维状分层不均匀组织,晶粒粗细不均匀,大晶粒平均约50μm,小晶粒平均约8μm,部分晶粒沿挤压方向严重拉长、长大。挤压纯镁主要由等轴晶粒组成,大部分晶粒平均约1501μm,部分晶间夹杂有粒径约20gm小晶粒,无纤维状拉长分层组织。挤压纯镁和AZ31B镁合金均为强基面织构,大部分晶粒基面平行于挤压方向,c轴以圆棒轴心为中心呈放射状分布,织构指数分别为15.85和12.65。 试样的取向对挤压AZ31B镁合金疲劳裂纹扩展行为有重要影响,沿挤压(T-L)方向和垂直挤压(L-T)方向裂纹扩展应力强度因子幅门槛值在0.95~1.34MP(?)m之间,受应力比影响不大。径向(T-R)方向门槛值在1.04~2.43MP(?)m间,随应力比增加而增加。三个方向裂纹均以穿晶为主和部分沿晶模式扩展,T-L和L-T方向裂纹以第二系列c+a锥面滑移解理模型为主,而T-R方向有c+a锥面滑移也存在沿孪晶界扩展。T-L方向裂纹扩展路径沿Ⅰ型方向呈直线扩展,裂纹扩展速率最快;T-R方向裂纹呈曲折沿Ⅰ型扩展;L-T方向裂纹扩展严重偏离Ⅰ型方向,裂纹有朝{1120}晶面发生偏转或分枝趋向,裂纹扩展速率最慢,在近门槛附近出现稳定扩展平台,da/dN-△K双对数曲线呈三段线性关系。裂纹扩展速率均随应力比的增加和加载频率的降低而增加,Walker有效应力强度因子模型与Paris公式可以的描述挤压AZ31B三个方向常幅加载的裂纹扩展速率,可以用于预测AZ31B疲劳裂纹扩展寿命和安全评估。 单幅过载对AZ31B镁合金疲劳裂纹扩展有延滞作用,但过载影响区均小于0.35mm,过载后裂纹扩展速率立刻降至一个最小值,但随着裂纹延展,扩展速率迅速上升达到过载前水平,过载中没有发生裂纹尖端撕裂或偏折现象。高低幅加载过程中,当前步加载最大载荷大于后步最大载荷时,裂纹扩展有过载效应。当前后两步最大载荷相同时,裂纹扩展受载荷幅控制。Wheeler模型可以合理模拟过载效应。 挤压纯镁圆棒三个方向裂纹均以穿晶扩展为主,塑性变形第二系列c+a锥面(1122)1123和(1122)1123滑移机制为主,T-L和L-T方向趋于沿(1120)面扩展,T-R方向部分晶粒产生{1012)孪生协助滑移塑性变形,存在a和c+a两种滑移机制。三个方向均呈解理脆性断裂特征。L-T方向裂纹扩展严重偏离Ⅰ型方向,容易产生分叉,裂纹扩展速率最慢,T-L方向基本呈直线扩展,裂纹扩展速率最快,T-R方向裂纹扩展路径出现局部波动和分叉。裂纹偏离、分叉和微裂纹导致扩展速率降低。常幅加载下三个方向的裂纹扩展da/dN-△K双对数曲线型双线性关系,L-T和T-L方向在ΔK≈3.0MPa(?),T-R方向在ΔK≈3.4MPa(?)附近两边斜率不同。 单幅拉伸过载对纯镁L-T和T-R方向裂纹扩展延滞的实际影响区域很小,分别不超过0.1mm和0.2mm,远小于Wheeler模型预测过载影响区域,T-L方向过载没有观察到延滞现象,有促进裂纹扩展迹象。压缩过载引起裂尖孪品和残余拉应力,促进裂纹扩展。
【学位授予单位】:浙江工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TG379

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吕渠东,吕宜振,曾小勤,丁文江,卢晨;镁合金在电子器材壳体中的应用[J];材料导报;2000年06期
2 张丁非;彭建;丁培道;潘复生;;镁及镁合金的资源、应用及其发展现状[J];材料导报;2004年04期
3 陈振华;杨春花;黄长清;夏伟军;严红革;;镁合金塑性变形中孪生的研究[J];材料导报;2006年08期
4 曹富荣,崔建忠,雷方,乐启炽;超轻镁合金的研究历史与发展现状[J];材料工程;1996年09期
5 李晓敏;压铸镁合金在汽车中的应用及其发展前景[J];世界有色金属;2001年09期
6 王渠东 ,丁文江;镁合金研究开发现状与展望[J];世界有色金属;2004年07期
7 汪凌云;黄光杰;陈林;黄光胜;李伟;潘复生;;镁合金板材轧制工艺及组织性能分析[J];稀有金属材料与工程;2007年05期
8 曾荣昌,韩恩厚,刘路,徐永波,柯伟;轧制组织对镁合金AM60疲劳性能的影响[J];材料研究学报;2003年03期
9 汪凌云,范永革,黄光杰,黄光胜,潘复生,刘正宏;AZ31B镁合金板材的织构[J];材料研究学报;2004年05期
10 吴章斌;桂良进;范子杰;;AZ31B镁合金挤压板材力学性能的各向异性[J];材料研究学报;2012年02期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 荣军;宋利明;李娟;;高效模块化镁合金碎屑回收感应熔炼炉研发[J];四川有色金属;2010年03期
2 侯华兴,郭晓波,李文儒,沙孝春,赵林,鲁强;屈服强度550MPa级热轧卷板生产工艺及其组织性能的研究[J];鞍钢技术;2002年06期
3 何向山;张翼飞;崔崑;;钢的高温性能和模具的失效分析[J];安徽工学院学报;1988年02期
4 袁根福,阎兴书;锉刀快速加热淬火热处理[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);1998年03期
5 齐玉宏;09MnNiDR钢焊接接头的低温韧性控制[J];安装;2000年05期
6 徐阳;王忠军;朱晶;王昭静;;退火工艺对Mg-4Zn-1.5RE合金显微组织的影响[J];辽宁科技大学学报;2011年06期
7 迟学刚,李桂英,张振科;大型冷作模具受力分析与镶套组合[J];兵器材料科学与工程;1987年09期
8 刘宁,卢文增,张镇远;Cr17Ni2钢高温回火脆性的研究[J];兵器材料科学与工程;1988年07期
9 周春华,袁书强,任安峰,贺勇;铸造铝合金电子束改性的组织与性能研究[J];兵器材料科学与工程;2003年03期
10 李保成,张星,张治民;镁合金温变形后的组织与性能[J];兵器材料科学与工程;2004年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 黄建丽;张才;;镁合金手持工具压铸件热裂纹的研究[A];2012(第22届)重庆市铸造年会论文集[C];2012年
2 曹韩学;郝婷婷;赵东林;;AZ91镁合金铸锻复合成形件组织和性能研究[A];2012(第22届)重庆市铸造年会论文集[C];2012年
3 周传哲;李宁;黎德育;;镁合金AZ91D压铸件表面电镀研究进展[A];2007(第13届)全国电子电镀学术年会暨绿色电子制造技术论坛论文集[C];2007年
4 夏浩;欧阳贵;;不同氧化时间对镁合金微弧氧化的影响[A];第九届全国转化膜及表面精饰学术年会论文集[C];2012年
5 毛萍莉;刘正;贾莹莹;李扬;;镁合金汽车转向器壳体压铸过程优化模拟[A];创新沈阳文集(A)[C];2009年
6 陈益平;邵景辉;程东海;胡德安;;工艺参数对镁合金点焊接头力学性能的影响[A];第十六次全国焊接学术会议论文摘要集[C];2011年
7 黄婷;杨林;任玉艳;林立;刘正;;退火处理对室温压缩AZ91镁合金显微组织及硬度的影响[A];第十二届全国铸造年会暨2011中国铸造活动周论文集[C];2011年
8 李强;张超逸;于宝义;花福安;李建平;谢水生;;AZ31镁合金冷轧管材道次间退火工艺与再结晶动力学研究[A];中国有色金属学会第十四届材料科学与合金加工学术年会论文集[C];2011年
9 李强;王珊珊;花福安;李建平;曲迎东;谢水生;程磊;黄国杰;;AM50镁合金板材的拉伸过程介观应变各向异性研究[A];中国有色金属学会第十四届材料科学与合金加工学术年会论文集[C];2011年
10 戚文军;黄正华;郑开宏;张新明;刘敏;余志明;黄志其;;Gd对ZK60变形镁合金组织与力学性能的影响[A];中国有色金属学会第十四届材料科学与合金加工学术年会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨敏建;镁基储氢材料的制备及对二硫化碳、噻吩的加氢性能研究[D];山东科技大学;2010年
2 刘晓兰;镁合金化学转化膜成膜机理及其载波改性的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 徐开东;镁合金高能表面强化研究[D];华中科技大学;2010年
4 武淑艳;固相再生AZ31B镁合金的组织性能及氧化相表征[D];哈尔滨理工大学;2010年
5 王春建;Mg-Al系合金晶粒细化机理研究[D];昆明理工大学;2010年
6 张红霞;AZ31B镁合金及其TIG焊焊接接头疲劳断裂行为及评定研究[D];太原理工大学;2010年
7 崔泽琴;AZ31B镁合金脉冲激光加工行为的研究[D];太原理工大学;2011年
8 王长义;高应变速率下镁合金的动态力学行为及变形机制[D];沈阳工业大学;2011年
9 吴伟;Mg-Al-Nd压铸镁合金的组织性能及压铸成形过程的数值模拟[D];沈阳工业大学;2010年
10 陈克豹;AZ与AM系列挤压变形镁合金的低周疲劳变形行为[D];沈阳工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘娇娇;Mg-Ho基合金的组织与性能研究[D];河南理工大学;2010年
2 贺睿;AZ81基稀土镁合金组织与腐蚀性能的研究[D];河南理工大学;2010年
3 李含建;SiC_p/AZ91D复合材料真空气压浸渗机理及界面结构研究[D];南昌航空大学;2010年
4 李新蕾;金属磁记忆检测机理的试验研究与有限元仿真[D];南昌航空大学;2010年
5 涂序荣;脉冲磁场控制制备阻燃镁合金的研究[D];南昌航空大学;2010年
6 吴小超;稀土元素与凝固速度对AZ31-RE-Sb组织及相组成的影响[D];郑州大学;2010年
7 王军伟;AZ31镁合金的自冲铆接工艺研究[D];郑州大学;2010年
8 胡中华;Mg3AllCelSb合金相析出行为及其价电子结构研究[D];郑州大学;2010年
9 孟祥瑞;镁锂合金合金化及其固态复合技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 张曰涛;AZ91D镁合金化学镀Ni-W-P研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 钱建刚,李荻,郭宝兰;镁合金的化学转化膜[J];材料保护;2002年03期
2 马燕合;我国稀土应用开发现状及其展望[J];材料导报;2000年01期
3 王渠东,曾小勤,吕宜振,丁文江;高温铸造镁合金的研究与应用[J];材料导报;2000年03期
4 吕渠东,吕宜振,曾小勤,丁文江,卢晨;镁合金在电子器材壳体中的应用[J];材料导报;2000年06期
5 师昌绪;李恒德;王淀佐;李依依;左铁镛;;加速我国金属镁工业发展的建议[J];材料导报;2001年04期
6 李荣华,黄继华,殷声;镁基复合材料研究现状与展望[J];材料导报;2002年08期
7 尉胤红,王渠东,刘满平,丁文江;镁合金超塑性的研究现状及发展趋势[J];材料导报;2002年09期
8 赵永庆,魏建峰,高占军,李月璐,吴欢,刘彩利,冯亮,常辉;钛合金的应用和低成本制造技术[J];材料导报;2003年04期
9 曹富荣,崔建忠,雷方,乐启炽;超轻镁合金的研究历史与发展现状[J];材料工程;1996年09期
10 杜文博;日本镁合金的研发与应用[J];世界有色金属;2004年11期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 侯清宇;Mg-Gd-Y合金的塑性变形特征研究[D];南京理工大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 闫志峰;织构对AZ31B镁合金板材高周疲劳性能的影响[D];太原理工大学;2011年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 范伏生;郑坚;;脉冲电流作用下炮钢裂纹尖端的金相组织分析[J];燕山大学学报;2007年01期
2 喻海良;刘相华;;粗轧过程轧件表面裂纹演变行为热力耦合有限元分析[J];钢铁研究学报;2009年09期
3 李焕喜,陈昌麒;高强度变形铝合金断裂韧度各向异性的机理和预测[J];金属学报;1992年03期
4 吴晓辉;何少剑;冯一平;张立群;;橡胶复合材料裂纹扩展的研究进展[J];特种橡胶制品;2009年05期
5 李思维;张立同;刘永胜;冯祖德;;热处理对C/SiC复合材料纤维束中微裂纹扩展行为的影响[J];热加工工艺;2011年10期
6 陶伟明,毕国丽,章惠全,武藤睦治;钠钙玻璃板激光热应力切割过程的有限元仿真[J];浙江大学学报(工学版);2005年09期
7 马鸣图;蒋素芳;邓其辉;;三种冷冲模具钢组织和断口形貌的观察[J];物理测试;1991年02期
8 钱才富;李慧芳;崔文勇;;Ⅰ型裂纹尖端塑性区和无位错区及其对裂纹扩展的影响[J];材料研究学报;2007年06期
9 袁超;唐海;屈延嗣;;岩石压缩条件下微裂纹扩展机制研究及数值模拟[J];矿业工程研究;2011年02期
10 宋虎;王爱琴;李继文;;A356合金原位拉伸裂纹萌生与扩展行为分析[J];热加工工艺;2010年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李地元;李夕兵;李春林;;压应力作用下硬岩板裂裂纹形成的微观断裂分析[A];岩石力学与工程的创新和实践:第十一次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2010年
2 李应卫;李法新;;钛酸钡单晶裂纹沿电场加载方向扩展行为在位研究[A];北京力学会第18届学术年会论文集[C];2012年
3 陈良贤;李成明;陈飞;刘政;黑立富;吕反修;;疲劳载荷下金刚石自支撑膜的裂纹扩展[A];2009年全国失效分析学术会议论文集[C];2009年
4 刘朝丰;阳建红;;复合固体推进剂Ⅰ型裂纹端部损伤场研究[A];中国宇航学会固体火箭推进第22届年会论文集(推进剂分册)[C];2005年
5 朱伯靖;石耀霖;;同震断层三维裂纹扩展问题研究(Ⅰ数学模型)[A];中国地球物理学会第二十四届年会论文集[C];2008年
6 侯铁舟;郑晶晶;陶洪;;釉牙本质界在牙面裂纹扩展中的作用[A];全国第八次牙体牙髓病学学术会议论文汇编[C];2011年
7 郭馨艳;黄培彦;;预应力CFL增强RC梁裂纹扩展规律研究[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
8 尹安毅;杨新华;陈传尧;;沥青混合料三点弯曲梁裂纹扩展的多尺度模拟[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
9 刘宁;朱维申;张春生;;岩石劈裂破坏过程的计算模拟[A];中国计算力学大会'2010(CCCM2010)暨第八届南方计算力学学术会议(SCCM8)论文集[C];2010年
10 刘绍伦;;关于裂纹扩展路径问题的研究[A];北京力学学会第12届学术年会论文摘要集[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 牧果;硬件过关才能保安全[N];中国化工报;2009年
2 记者 甘丰录;海工装备“脆骨”隐患令人忧[N];中国船舶报;2009年
3 通讯员 业成;新技术为我市石化企业节约50%检测成本[N];南京日报;2009年
4 夏杰生;我国球墨铸铁轧辊激光表面强化技术达国际先进水平[N];中国冶金报;2007年
5 鲁京;助磨剂的作用原理[N];中国建材报;2008年
6 杨慎勤;“声发射”探伤把关埋件质量[N];中国水利报;2001年
7 胡心彬 李麟 吴晓春;4Cr5MoSiV1Nb钢热疲劳软化性能的研究[N];世界金属导报;2004年
8 赵占庶;钢化玻璃的特性及其应用[N];中国建材报;2008年
9 ;走进水泥金属耐磨材料[N];中国建材报;2009年
10 卢洪波;走进水泥金属耐磨材料[N];中国建材报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 郑三龙;挤压AZ31B镁合金及纯镁疲劳裂纹扩展研究[D];浙江工业大学;2013年
2 张天会;新型低碳贝氏体钢焊接接头疲劳裂纹扩展可靠性研究[D];昆明理工大学;2012年
3 涂文锋;16MnR钢疲劳裂纹扩展形貌和扩展路径的试验研究与数值模拟[D];浙江工业大学;2009年
4 朱明亮;汽轮机转子钢近门槛值区的裂纹扩展与超高周疲劳行为研究[D];华东理工大学;2011年
5 刘艳萍;焊接桥梁钢疲劳裂纹扩展行为研究[D];华中科技大学;2010年
6 沈健;大体积桥塔既有裂纹在温度疲劳荷载下扩展概率研究[D];武汉理工大学;2013年
7 贺启林;基于J-积分和构型力理论的材料断裂行为研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
8 李智军;三维复杂力学条件下核电关键构件环境致裂预测方法研究[D];西安科技大学;2012年
9 岳中文;缺陷介质爆生裂纹扩展规律的动态焦散线试验研究[D];中国矿业大学(北京);2009年
10 宋占勋;焊接结构疲劳强度研究及其应用[D];北京交通大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 梅继法;纳米尺度黏着接触和裂纹扩展的准连续介质方法研究[D];复旦大学;2010年
2 牛海燕;裂隙岩体锚固效应数值模拟研究[D];山东大学;2010年
3 冒小萍;应力断料中裂纹扩展的数值模拟研究[D];兰州理工大学;2004年
4 陈黎明;球磨机筒体应力的三维有限元分析及其剩余寿命预测研究[D];中南大学;2004年
5 莫涛;SUS304不锈钢裂纹尖端的室温蠕变现象及其对疲劳裂纹扩展行为的影响[D];大连理工大学;2005年
6 杨达;基于ANSYS分析的加氢反应器裂纹扩展研究[D];东北石油大学;2010年
7 李晓宇;钢轨踏面斜裂纹扩展行为的仿真研究[D];铁道部科学研究院;2007年
8 王文伟;含裂纹铆接连接结构应力强度因子参数分析[D];大连海事大学;2009年
9 许君;两种结构钢的环境促进裂纹扩展行为与裂纹监测技术[D];机械科学研究总院;2010年
10 严文康;铝裂纹扩展行为的分子动力学模拟[D];南昌航空大学;2013年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026