挤压变形镁合金的低周疲劳性能

【摘要】：作为一种轻质工程结构材料,镁合金在汽车工业中的应用越来越广泛,如何安全使用镁合金业已受到人们的普遍关注。疲劳是各种工程构件服役期间的主要失效形式之一,对于镁合金结构件亦不例外,因此,研究镁合金的疲劳行为不仅具有理论价值,而且也具有一定的工程实用价值。本文针对两种具有不同加工处理状态的挤压变形镁合金的低周疲劳行为进行了较为系统的研究,以期为这些镁合金的抗疲劳设计和合理使用提供可靠的理论依据。 低周疲劳实验结果表明,挤压变形AM50与AZ91镁合金的循环应力响应行为与外加总应变幅及其加工处理状态密切相关。在较大的外加总应变幅下,不同加工处理状态的挤压变形镁合金可表现为循环应变硬化及循环稳定:而在较低的外加总应变幅下,这些合金在疲劳变形初期常表现为循环稳定,甚至呈现循环软化,但是在疲劳变形后期则发生比较明显的循环应变硬化;固溶处理和时效处理均可在一定程度上改变挤压变形AM50与AZ91镁合金的循环应力响应行为。 对于不同加工处理状态的挤压变形AM50与AZ9l镁合金而言,其弹性应变幅、塑性应变幅与断裂时的反向循环周次之间的关系表现为单斜率线性行为,并分别服从Basquin和Coffin-Manson公式。在较高的外加总应变幅下,两种挤压变形镁合金的循环滞后回线上对应于压缩变形部分的宽度明显大于拉伸变形部分的宽度,呈现拉、压不对称循环变形行为。在外加总应变幅为1.5%时,在不同加工处理状态的两种挤压变形镁合金的循环滞后回线的压应力方向上出现了锯齿状起伏的现象,说明合金在疲劳变形期间发生了动态应变时效。此外,两种挤压变形镁合金的拉伸滞后能的理论计算值与实测值比较接近,且拉伸滞后能与合金的疲劳寿命之间存在线性关系,据此可以预测合金的低周疲劳寿命。 疲劳断口形貌分析结果表明,不同加工处理状态的挤压变形AM50与AZ91镁合金合金的疲劳裂纹均以穿晶方式萌生于试样表面,并以穿晶方式扩展。