初始织构对AZ31镁合金孪生和织构演化的影响

为研究AZ31镁合金变形孪晶和塑性各向异性,基于率相关晶体塑性本构理论,采用有限元方法建立了具有不同初始织构的镁合金模型（包含滑移和孪生变形机制）,并引入孪晶体积分数,研究其压缩过程中织构演变、孪生和力学性能之间的关系。结果表明：晶体的塑性行为在很大程度上取决于初始织构,初始织构的差异导致了压缩行为的明显各向异性,轴向屈服强度和抗拉伸强度高,径向屈服强度和抗拉伸强度低。压缩塑性变形过程中随着变形量的增加,激活孪晶体积分数增高,且径向压缩激活孪晶体积分数越高,轴向压缩激活孪晶体积分数越低。模拟中出现明显孪晶的点与应力突变的点相吻合,当孪晶体积分数达到一定值时,应力发生突变,此时晶体取向发生显著变化,新的滑移系启动,反映了滑移和孪晶机制耦合对AZ31镁合金力学性能的影响。     

应变路径变化对AZ31镁合金力学行为的影响

以挤压态AZ31镁合金棒材为原材料,在室温下沿着∥ED和⊥ED的方向进行预变形实验,模拟二辊皮尔格冷轧过程中减壁段横截面瞬时变形应力状态,接着对预变形试样取样进行二次压缩,利用电子背散射衍射（EBSD）对2次变形之后的微观结构进行表征。研究了应变路径变化情况下组织和织构对力学行为的影响。结果表明,预变形使AZ31镁合金的屈服强度提高,其主要原因是预变形产生的拉伸孪晶导致晶粒细化和位错密度增加。并且孪晶的出现会改变晶粒的取向,基面织构弱化（或孪生织构增强）在改善AZ31镁合金力学性能方面可能起到更重要的作用。∥ED-3%和⊥ED-3%试样的屈服强度分别提高了66.7%和6.6%。     

基于晶体塑性有限元的AZ31镁合金室温变形过程织构及孪生演化

研究了AZ31镁合金塑性变形过程中因不同晶体取向导致的各向异性和拉压不对称性,探索了塑性变形过程中织构演变规律、孪生和力学性能之间的关系。采用晶体塑性有限元建立具有不同晶体取向的AZ31镁合金模型,通过室温单轴压缩和拉伸实验相结合的方法,发现晶体的塑性变形行为在很大程度上取决于晶体取向,不同的晶体取向导致了镁合金塑性变形行为的各向异性,轴向屈服强度和抗拉强度高,径向屈服强度和抗拉强度低。镁合金塑性变形过程中,随着应变量的增加,孪晶激活体积分数不断上升,因不同加载方向导致晶粒c轴发生不同转动,径向孪晶激活体积分数高,轴向孪晶激活体积分数低;孪晶的激活直接导致了织构的极密度发生偏移,径向孪晶激活体积分数高,所以径向的织构的极密度偏移更大。在镁合金塑性变形过程中,出现明显孪晶的点与应力突变的点相吻合,当孪晶激活体积分数达到一定值时,应力发生突变,此时晶体取向发生变化,新的滑移系启动,反映了滑移和孪晶机制耦合对力学性能的影响。     

初始取向对AZ31镁合金微观织构演化的影响

将从挤压棒材中截取的长轴与挤压方向分别成0°,45°和90°的AZ31镁合金长方体试样在中、高温度(523-723 K)下沿长轴方向压缩变形,利用OM和SEM/EBSD技术观察和分析了初始取向对其微观织构演化的影响.结果表明,随着变形温度的降低,初始取向对变形行为的影响显著增加,在523 K时,长轴平行挤压方向的0°试...     

AZ31镁合金的织构对其力学性能的影响

利用电子背散射衍射(EBSD)取向成像技术,分析AZ31镁合金热挤压棒材和轧制薄板的织构特点;对具有不同初始织构的镁合金棒材和薄板进行力学性能分析,并从织构角度分析棒材的拉压不对称性和薄板的力学各向异性。结果表明:挤压镁合金棒材具有主要以(0001)基面平行于挤压方向的基面纤维织构,存在严重的拉压不对称性,其原因在于压缩时的主要变形方式为{1012}1011孪生;热轧镁合金薄板具有主要以(0001)基面平行于轧面的强板织构,具有显著的力学性能各向异性,其原因在于拉伸时不同方向的基面滑移Schmid因子不同。     

AZ31镁合金在高周疲劳过程中微观组织和孪晶演变特征

利用扫描电子显微镜（SEM）和电子背散射衍射（EBSD）技术研究了室温条件下AZ31镁合金在不同加载频率（3和30 Hz）和不同应力幅值（90,95,100,105,110 MPa）疲劳变形后的组织演变规律及断口形貌特征。结果表明：随着加载应力增加,基体内残余孪晶数量增加,残余孪晶主要以拉伸孪晶形式存在。随着应力幅值的增加晶粒逐渐细化,这是由于在循环过程中,拉伸孪晶演变诱导晶粒细化。随着应力幅值的增加,织构强度显著减弱,这与试样疲劳后的再结晶机制有关。通过对试样疲劳断口的分析,发现孪晶片层处容易引起裂纹萌生,随着应力的增加,试样中裂纹扩展区面积逐渐减小,在疲劳裂纹扩展区观察到明显的疲劳辉纹。最终断裂区表面粗糙,主要存在韧窝、撕裂脊以及二次裂纹等形貌。在最终断裂区可观察到韧窝,韧窝尺寸随着循环应力的增加,在较高加载频率下,韧窝的尺寸与数量均减小。     

挤压态AZ31镁合金拉伸变形织构分析

根据X射线衍射图谱绘制了晶面反极图,研究了拉伸变形对挤压态AZ31镁合金织构的影响.结果表明,挤压态AZ31镁合金具有明显的(0002)基面织构,且存在C轴与挤压方向呈16°～21°角分布的倾斜基面织构.拉伸变形使基面织构弱化,(1010)柱面沿C轴发生了45°角的转动.     

异步轧制AZ31镁合金板材的孪晶组织及织构北大核心CSCD

采用异步轧制（AR）工艺和同步轧制（NR）工艺制备了AZ31镁合金板材,分析了AZ31镁合金板材的组织性能和力学性能,研究了轧制过程中孪晶组织和织构的演变规律,以及异步轧制工艺参数对镁合金板材组织、织构和力学性能的影响。结果表明,在压下量为3％～15％的范围内,异步轧制与同步轧制板材在晶粒尺寸以及均匀性上有相似的变化趋势。在变形初期,随压下量的增加,孪晶数量不断增加,孪晶使异步轧制与同步轧制板材中晶粒取向都发生偏转,即C轴趋向于垂直于法向（ND）,从而使初始挤压板材的丝织构强度减弱;当压下量达到24％时孪晶大量减少或消失。在压下量为3％～24％的范围内,同步轧制对板材力学性能的影响并不明显,峰值应变呈交替性变化,异步轧制板材在压下量达到24％时,表现出了良好的塑性变形能力,抗拉强度达到309MPa,峰值应变达到16．3％。     

AZ31镁合金板材双向循环弯曲的孪晶组织及织构

采用等温双向循环弯曲工艺(bidirectional cyclic bending technology,BCBT)改善了AZ31镁合金板材的微观组织、织构和力学性能。循环弯曲变形能够产生压缩变形与拉伸变形的交替变化,使镁合金材料发生压缩变形→孪晶组织形成→发生动态再结晶→孪晶消失→晶粒细化的组织演变过程,形成分布均匀的细小的晶粒组织,改善了镁合金材料性能。AZ31镁合金板材在变形温度为483 K时经过3个道次的等温双向循环弯曲变形后,基面织构得到明显弱化,织构强度由原始9.59降低到变形后3.54,平均晶粒尺寸为12.2μm。在变形温度443 K,经过1个道次变形后,AZ31镁合金板材的抗拉强度为325 MPa,屈服强度为225 MPa。与原始坯料力能参数相比,抗拉强度提高了19%,屈服强度提高了28%。当变形温度483 K循环变形3道次时,材料的伸长率为17.1%,比原始材料提高了42%。     

特殊成形工艺下AZ31镁合金的织构及变形机制

通过组织观察以及宏观和微观织构测定、分析了异步轧制及等径角轧制的AZ31镁合金形变机制,确定了在这两种工艺下{0001}基面织构的改善效果.结果表明:异步轧制产牛的平行于轧面的剪切力促进了与普通轧制状态下相反的基面滑移,使基面织构连续地弱化为倾转的基面织构;而等径角轧制通过产生与轧向成122.5°的剪切力,使基面取向的晶粒产生拉伸孪晶,形成与基面织构共存的柱面织构.因此这两种特殊工艺都可能改善镁合金的塑性.还分析了形变量和退火对织构的影响.     

Dependence of Microstructure Evolution and Mechanical Properties on Loading Direction for AZ31 Magnesium Alloy Sheet with Non-basal Texture During In-Plane Uniaxial Tension

In-plane uniaxial tension of AZ31 magnesium alloy sheet with non-basal texture has been conducted in order to demonstrate the effects of loading direction on the microstructure evolution and mechanical properties at ambient temperature. Loading axes are chosen to be along five directions distributed between rolling direction (RD) and transverse direction (TD), allowing various activities in involved slip and twinning modes to take place. As for twinning modes, electron backscattered diffraction observations confirm that the contribution of ${{\{ 10\overline{1}1\} }}$ compression twinning is minimal to the plastic deformation of all deformed samples. By comparison, ${{\{ 10\overline{1}2\} }}$ extension twinning (ET) not only serves as an important carrier on sustaining and accommodating plastic strain but also contributes to the emergence of TD-component texture with the progression of plastic strain. In terms of slip modes, analysis on Schmid factor demonstrates that the increasing tilted angle between loading direction and RD of sheet is unfavorable to the activation of basal <a> slip, whereas it contributes to the activation of prismatic <a> slip. These observations consequently explain the increasing tendency of 0.2% proof yield stress. Moreover, the activations of basal <a> slip and ${{\{ 10\overline{1}2\} }}$ ET collectively contribute to the concentration of two tilted basal poles toward normal direction. With increasing angle between loading direction and RD, the activations of basal <a> slip and ${{\{ 10\overline{1}2\} }}$ ET are gradually weakened. This leads to a weakening tendency about concentration of two tilted basal poles, a generally increasing tendency about Lankford value (r-value) and a generally decreasing tendency about strain-hardening exponent (n-value).     

稀土Y对AZ31镁合金金相组织和力学性能酌影响

研究了稀土元素Y对AZ31镁合金金相组织和力学性能的影响。结果表明：当稀土添加量为0．6％～0．9％时，仅（Mg）基体晶粒变细，并且加入量为0．9％时得到更细化的组织，13相（Mg17Al12）在晶界由连续网状变为断续弥散状分布，由于α（Mg）基体晶粒的细化和p柏形貌的改善，合金的力学性能有提高；当稀土添加量为1．2％时，α（Mg）基体晶粒显著粗化，β相（Mg17Al12）内部出现针状和圆盘状的第二相，力学性能下降。     

AZ31镁合金挤压薄板织构及力学各向异性

研究AZ31镁合金挤压薄板的显微组织、织构及室温下板面内各不同方向的力学性能。织构分析表明,挤压薄板主要有{0002}<1-010>和{10-10}<11-20>2种织构组分。拉伸测试结果显示,沿挤压方向屈服强度最高,达到200.4MPa,这是由于这种取向基面滑移和{1-012}锥面孪生均不能开动,发生织构强化的结果;与挤压方向呈45°方向伸长率最高达19.0%,这是由于具有{10-10}<11-20>织构组分晶粒的基面滑移开动;与挤压方向呈90°方向屈服强度最低仅为挤压方向相应值的一半左右,这是由于具有{10-10}<11-20>织构组分晶粒发生了{10-12}锥面孪生。     

脉冲电流对AZ31镁合金显微组织及拉伸变形行为的影响

为改善镁合金塑性变形能力,在AZ31镁合金的拉伸变形中引入高密度脉冲电流,研究了脉冲电流对合金显微组织及拉伸变形行为的影响规律,并探讨了其机理。结果表明,与未加脉冲电流拉伸相比,施加脉冲电流的AZ31镁合金的变形抗力显著降低,并且随脉冲电流密度的提高,其变形抗力下降的幅度增大。施加脉冲电流的合金在拉伸过程中发生了明显的动态再结晶,再结晶晶粒细小均匀,从而降低了合金的变形抗力。这是由于脉冲电流可以提高原子通量、促进原子扩散、加快小角亚晶向大角度亚晶转变,从而促进了合金的动态再结晶。另一方面,脉冲电流产生的电效应能够改变位错的激活能,使其容易克服滑移面上的障碍,增加位错可动性,从而提高合金塑性变形能力。     

Effect of Friction Stir Processing on Microstructure and Mechanical Properties of Cast AZ31 Magnesium Alloy

对铸态AZ31镁合金进行单道次和双道次搅拌摩擦加工,对其微观组织和力学性能进行研究.结果表明:铸态AZ31镁合金搅拌摩擦加工后,共晶网状β-Mg17Al12相破碎并发生固溶,微观组织显著细化和均匀化.AZ31镁合金母材和单道次搅拌摩擦加工后的试样没有择优取向,而双道次搅拌摩擦加工后的试样存在择优取向,其(0002)基平面与试样表面平行.单道次和双道次搅拌摩擦加工后试样的抗拉强度分别提高了43和82MPa,延伸率提高了4.3％和11.9％.搅拌摩擦加工后试样的拉伸断口表现为韧性断裂特征.     

搅拌摩擦加工铸态AZ31镁合金组织与性能研究

采用搅拌摩擦加工技术对铸态AZ31镁合金进行单道次加工,研究加工区域的微观组织和力学性能。结果表明：搅拌摩擦加工过程中,材料发生了剧烈的塑性变形,粗大的β-Mg17Al12相显著破碎,形成细小、均匀的再结晶组织。XRD分析表明,搅拌摩擦加工导致大量的β相固溶到镁合金基体中,产生固溶强化作用。搅拌摩擦加工后的试样平均HV硬度值为810 MPa,高于铸态AZ31镁合金的硬度值,抗拉强度比铸态AZ31镁合金提高43 MPa,延伸率提高4.3%,拉伸断口表现为微孔聚合剪切断裂特征。     

AZ31B镁合金水环境搅拌摩擦焊接研究

对比研究了AZ31B镁合金空气环境搅拌摩擦焊接(Friction Stir Welding,FSW)和水环境搅拌摩擦焊接(Submerged Friction Stir Welding,SFSW)接头的微观组织与力学性能。结果表明:SFSW接头焊核区为细小等轴状再结晶晶粒。随着焊接速度的增大,焊核区晶粒尺寸增大,显微硬度值降低。FSW接头表层处的显微组织比中心处粗大,且分布不均匀;而SFSW接头表层处的显微组织比中心处明显细小。FSW接头的表层硬度值低于中心处的硬度;而SFSW接头的表层硬度值高于中心处的硬度。当旋转速度为950r·min-1、焊接速度为75mm·min-1时,SFSW接头的抗拉强度值达到最大,为母材强度的72%,拉伸断口表现为解理断裂特征。     

稀土元素对AZ31镁合金组织和力学性能的影响

研究了稀土元素钕、铈、镧三种元素对AZ31镁合金组织和力学性能的影响。结果表明：随着稀土含量的增加AZ31镁合金的组织得到细化,相应的力学性能也得到了提高。原因是加入稀土元素以后,镁合金中的β相（Mg17Al12）在晶界由连续网状变为断续弥散状分布,由于α（Mg）基体晶粒的细化和β相形貌的改善,合金的力学性能得以提高。