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变形镁合金低周疲劳行为研究

嵇文青  
【摘要】:变形镁合金的疲劳行为受到织构、晶粒度、第二相、合金元素等诸多因素的影响。实际应用中,镁合金作为结构件所受应力状况相对复杂,且常常受到结构约束,进行应变控制的低周疲劳实验更能揭示材料的疲劳规律及损伤机理,所得疲劳寿命曲线对实际情况更具有指导意义。 本文对常规挤压AZ31镁合金、AZ80镁合金以及Mg-10Gd-2Y-0.5Zr合金进行等径角挤压(Equal Channel Angular Pressing, ECAP)、退火、固溶、时效等处理,通过静态力学实验、低周疲劳实验、断口形貌观察等手段,研究织构、晶粒度及第二相对镁合金低周疲劳行为的影响,得出以下结果: (1)AZ31镁合金经ECAP挤压后获得基面与挤压轴呈45。角的软织构,屈服强度下降,在疲劳过程中表现出循环软化行为,并且具有明显的再结晶现象,疲劳寿命高于初始挤压态AZ31镁合金。ECAP试样退火后晶粒长大,强度下降。织构相对于ECAP试样发生改变,不利于滑移系开动,疲劳过程中发生孪生,应力集中变得明显,疲劳寿命低于ECAP试样。 (2)AZ80镁合金经时效处理后大量第二相析出,强度高于初始挤压态及固溶态试样,拉-压不对称性降低,使得试样在疲劳过程中平均应力降低。初始挤压态和固溶态试样断口形核区面积均大于时效态试样,由于塑性区尺寸较小,时效试样形核区表面较为粗糙,呈小平面特征,断口表面存在二次裂纹,表明局部应力集中较为明显。时效态AZ80镁合金低周疲劳寿命低于初始挤压态和固溶态AZ80镁合金。 (3) Mg-10Gd-2Y-0.5Zr合金经固溶后Gd、Y等稀土元素融入基体,合金强度提高,孪生行为受到抑制,织构弱化,拉-压不对称性明显降低,在疲劳过程中表现出较低的平均应力。固溶Mg-10Gd-2Y-0.5Zr合金塑性应变幅低于常规挤压AZ31镁合金,疲劳寿命较高。固溶Mg-10Gd-2Y-0.5Zr合金裂纹尖端塑性应变区面积小于常规挤压AZ31镁合金,对应其较为粗糙的断口表面,有利于诱发裂纹尖端闭合,降低疲劳裂纹扩展速率,提高材料的疲劳寿命。


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