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AZ31镁合金低温准静态和冲击力学行为研究

符立波  
【摘要】:本文利用材料万能试验机和落锤冲击试验系统对退火态AZ31镁合金在室温至液氮温度范围内的准静态拉伸、准静态压缩和动态冲击行为进行了研究,考察了低温对AZ31镁合金准静态拉伸、准静态压缩和冲击性能的影响规律,并依托光学显微分析、扫描电子显微分析以及EBSD分析技术,探讨了AZ31镁合金在不同低温加载条件下的变形断裂特征及微观机制。研究结果表明,在应变速率为10-1s-1的条件下,随着拉伸温度的降低,AZ31镁合金的屈服强度和抗拉强度以近似线性方式增加,延伸率则持续下降。AZ31镁合金在低温准静态拉伸条件下的塑性变形是以基面滑移为主要变形机制展开的,在较低温度下,仍有部分拉伸孪生被激活,但由于基体晶粒取向劣势,孪生协调滑移变形程度不高,当温度低于-100℃时呈现脆性断裂迹象。室温拉伸断口上分布着较多的撕裂棱,且撕裂棱相互纠缠;随着温度降低,撕裂棱数量下降,断口特征逐渐表现出脆性断裂特征。随着压缩温度的降低,AZ31镁合金在应变速率为10-1s-1下的抗压强度以近似线性的方式升高,而屈服强度提高的程度较小,相比于20℃,在-196℃时的抗压强度提高57%,屈服强度提高31%,压缩率则下降62%。AZ31镁合金在低温准静态压缩条件下的塑性变形以柱面滑移为主导的方式而进行,基面滑移受到限制。在较低温度下,源于孪生的协调作用,部分处于取向劣势的晶粒转向锥面,但由于锥面滑移系开动的条件较为苛刻,因此,对塑性变形的促进作用有限。AZ31镁合金在室温和低温压缩后,强烈韧性断裂的宏观特征均不显著,随温度降低,脆性断裂倾向则逐步增强,至-196℃时脆性断裂特征最为明显。低温落锤冲击研究结果表明,随冲击温度降低,AZ31镁合金的冲击功下降,由20℃的9.55J降低至-190℃的5.27J,而裂纹扩展功与裂纹萌生功的比值则先增大后减小,-50℃时达到最大,-190℃时仍大于室温。EBSD分析结果显示,AZ31镁合金在低温冲击条件下的塑性变形主导机制为基面滑移,随冲击温度降低,孪晶的数量先上升后下降,-50℃时最多,表明低温冲击变形过程中孪生变形先被激活后被抑制。AZ31镁合金室温和低温冲击断口均分布有大量撕裂棱和大小不等的韧窝,表现为准解理断裂,随冲击温度下降,冲击断口形貌变化不大,这是由于AZ31镁合金在低温下仍具有一定的塑形变形能力。


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