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脉冲强磁场处理AZ31镁合金的微观组织和力学性能研究

朱弋  
【摘要】:镁合金以其优异的使用性能正逐步替代传统工程结构材料在各大领域被广泛地应用,但由于镁合金密排六方的晶体结构特性,镁合金的塑性变形能力较差,很大程度的限制了镁合金的发展。本文以磁致塑性效应理论为依据,对拉伸变形过程中的AZ31镁合金施加脉冲强磁场处理,探究脉冲强磁场对镁合金组织和性能的影响。综合运用金相显微镜、X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和电子背散射等方法对脉冲强磁场拉伸镁合金的微观组织进行表征,同时通过显微硬度检测、拉伸性能分析、残余应力检测等手段研究力学性能的变化。脉冲强磁场拉伸后镁合金的微观组织研究结果表明:在磁感应强度B=3T、脉冲数N=30时,磁致塑性效应发挥最佳效果,此时材料中位错密度较初始样提高69.1%,且位错灵活性高,呈现网络化分布。在脉冲强磁场作用下,位错与钉扎物间电子自旋状态发生改变,位错的退钉扎现象发生,运动能力增强,驱动力作用下位错向前运动并发生增殖。B=3T、N=30条件下,镁合金中的主要析出相β相Mg_(17)Al_(12)呈弥散分布,脉冲强磁场作用使β相对位错的钉扎效果减弱,位错运动增殖能力增强。当位错塞积到一定程度逐渐演变为亚晶界,镁合金晶粒尺寸细化,在B=3T、N=30时,晶粒尺寸约为4μm,较初始样细化明显。在晶粒细化过程中,由于镁合金c轴磁化率要高于a轴,亚晶由于脉冲强磁场的磁化功发生了取向转动,镁合金材料的织构发生弱化。脉冲强磁场拉伸后镁合金的力学性能分析结果:在B=3T、N=30时,磁致塑性效应使得镁合金材料强塑性同步提高,抗拉强度为233MPa,较初始样提高了8.4%;延伸率为13.7%,较初始样提高41.2%。材料内部网络化位错结构有效的提升了材料的延伸率,同时细晶强化与析出相弥散强化使得材料强度同步提高。B=3T、N=30条件下,断口中韧窝数量增多,相比初始样的河流状花样特征,材料表现为混合断裂形貌。镁合金的中的残余应力随着磁感应强度和脉冲数由小到大变化出现先减小后增大的现象,材料显微硬度与残余应力的变化规律基本一致。在B=3T、N=30时,残余应力达到最小值,并且转变为压应力,此时残余应力为-3MPa,较初始样降低106.8%;显微硬度为57.2HV,较初始样降低11.3%。


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