热轧态AZ31B镁合金单向拉伸塑性变形机制研究

采用Instron拉伸机,在室温对热轧态AZ31B镁合金进行拉伸试验,分析了其在具有初始轧制板织构状态下,沿轧制方向、垂直轧制方向和与轧制方向成45°时拉伸变形机制。结果表明:沿轧制方向拉伸时,柱面滑移占主导地位,并有少量{10 1-1}压缩孪晶参与,具有高的屈服强度;沿垂直轧制方向拉伸时,{10 1-2}拉伸孪生占主导地位,屈服强度低;与轧制方向成45°拉伸时,基面滑移为主要变形方式。因此在不同方向拉伸时塑性变形机制启动类型和比例不同。     

高速冲击载荷下预压缩AZ31镁合金的退孪生行为与动态力学性能

为研究高应变速率冲击载荷下预压缩轧制态AZ31镁合金的退孪生行为与动态力学性能,将原始试样沿轧制方向（RD）进行真应变为4%的准静态预压缩,引入大量的■拉伸孪晶。利用分离式Hopkinson压杆（SHPB）装置对原始及预压缩AZ31镁合金样品沿板材法向（ND）进行应变速率为700、1000、1300和1600 s^-1的高速冲击实验,并利用EBSD技术对原始试样、预压缩试样以及不同应变速率下的冲击试样进行微观组织分析。结果表明,相比于原始试样,预压缩AZ31镁合金试样内的基面织构强度明显减弱并形成c轴与RD平行的孪晶织构,由于拉伸孪晶界对母晶粒的分割作用使得平均晶粒尺寸明显降低。预压缩AZ31镁合金试样沿ND高速冲击时的主要变形机制为退孪生,随着冲击应变速率的增大,孪晶织构逐渐恢复至初始的强基面织构,孪晶面积分数和孪晶平均厚度均逐渐降低,平均晶粒尺寸逐渐增大。此外,沿ND冲击原始试样相比于预压缩试样具有更高的强度和更低的塑性,且在塑性变形过程中预压缩试样呈现出更加明显的应变速率敏感性。     

AZ31镁合金板材变路径压缩对力学性能影响

室温下,对AZ31镁合金轧制板材依次沿轧向(RD)、横向(TD)和法向(ND)压缩,依据压缩路径的不同,分别对应RD、RD-ND、RD-TD和RD-TD-ND 4种压缩方式,分析上述压缩过程镁合金的力学性能和织构变化,并对上述压缩变形后的镁合金分别进行室温沿RD方向拉伸变形,分析不同压缩变形方式对拉伸力学性能的影响。结果表明:RD-TD压缩过程中对应的}2110{-}2110{二次孪晶大幅度提高屈服强度,试样经RD-TD压缩后产生强烈的}1110{锥面织构和}0110{柱面织构。镁合金经RD方向压缩后,在后续的RD方向拉伸变形中}2110{解孪晶的启动明显提高塑性。     

AZ31镁合金板材变路径压缩对力学性能影响EI北大核心CSCD

室温下,对AZ31镁合金轧制板材依次沿轧向(RD)、横向(TD)和法向(ND)压缩,依据压缩路径的不同,分别对应RD、RD-ND、RD-TD和RD-TD-ND 4种压缩方式,分析上述压缩过程镁合金的力学性能和织构变化,并对上述压缩变形后的镁合金分别进行室温沿RD方向拉伸变形,分析不同压缩变形方式对拉伸力学性能的影响。结果表明:RD-TD压缩过程中对应的}2110{-}2110{二次孪晶大幅度提高屈服强度,试样经RD-TD压缩后产生强烈的}1110{锥面织构和}0110{柱面织构。镁合金经RD方向压缩后,在后续的RD方向拉伸变形中}2110{解孪晶的启动明显提高塑性。     

挤压态AZ31B镁合金动态拉压不对称性分析

为了研究挤压态AZ31B镁合金在高应变速率下的拉压不对称性,对挤压态AZ31B镁合金进行了织构分析.采用分离式Hopkinson压杆和反射式拉杆装置分别沿挤压方向和垂直挤压方向进行了动态压缩和拉伸试验,应变速率范围在500～2650 s-1之间.结果表明,由于在挤压过程中形成了基面织构,沿挤压方向压缩时,拉伸孪晶{1012}<1120>容易启动,屈服强度对应变速率不敏感,且屈服强度较低;沿挤压方向拉伸时,拉伸孪晶不能启动,压缩孪晶{1011}<1120>和非基面滑移是其主要的塑性变形机制,合金屈服强度较高;合金在压缩和拉伸时表现出很强的拉压不对称性,压缩屈服强度与屈服强度的比值约为0.30.垂直于挤压方向拉伸和压缩时,没有表现出拉压不对称性.     

预压缩-反向拉伸加载路径下镁合金AZ31轧制板材的孪生-退孪生行为

为了定量研究孪生和退孪生行为在镁合金塑性变形中的作用，开展了镁合金AZ31板材沿轧制方向单调拉伸、单调压缩及预压缩-反向拉伸下的宏观力学行为及微观EBSD试验，并基于考虑孪生-退孪生行为的弹黏塑性自洽模型(EVPSC-TDT)，模拟预测了镁合金板材的宏微观塑性变形行为。结果表明：随着压缩量的增大，(0002)极图在RD附近的强度值逐渐增大，孪晶体积分数增加；反向拉伸时，RD附近的强度值逐渐减弱，孪晶体积分数降低；当反向拉伸量与预压缩量相同时，孪晶体积分数几乎减小到0，几乎所有晶粒c轴均转动至ND方向；随着预压缩量的增加，位错密度逐渐提升，增强了对滑移和孪生的阻碍作用，导致反向拉伸时的屈服应力随着预压缩量的增加而增大。反向拉伸初始阶段各滑移-孪生系的开启率相似，表明拉伸阶段的屈服应力与压缩后各滑移和孪生系的硬化有关；EVPSC-TDT模型可准确预测镁合金在以孪生-退孪生为主导的变形模式下的宏观力学行为、织构演化规律及孪晶体积分数。     

AZ31B镁合金薄板室温拉压不对称性能研究

通过室温下单向拉伸和压缩试验研究了AZ31B镁合金挤压薄板的拉压不对称性.研究表明,在压缩过程中,孪生较拉伸易开动,单向压缩变形过程中产生的孪晶体积分数比拉伸大,使镁合金压缩屈服强度低于拉伸,导致镁合金薄板的拉压不对称性;对于挤压镁合金薄板,沿挤压方向和横向的压缩屈服强度均低于拉伸.     

交叉预压缩对轧制态AZ31镁合金拉压不对称性的影响

通过对轧制态AZ31镁合金板材进行多向预压缩,运用塑性变形的方式,产生了{1012}一次拉伸孪晶和{10 1 2}-{10 1 2}二次拉伸孪晶,并结合EBSD表征和XRD分析,对预压缩后材料的拉伸压缩实验的结果表明,预压缩对镁合金拉压不对称性的降低和强度的提高有明显效果。交叉预压缩之后,由于产生了孪生,材料组织晶粒细化,使得材料在再变形时,屈服强度和最大强度均明显增强。产生的拉伸孪晶片层可以有效地改变晶粒的取向,在一定程度上削弱了基面织构,在{1012}一次拉伸孪晶中产生了{1012}-{1012}二次拉伸孪晶,二者结合作用,改善了材料的再变形行为,从而降低了镁合金板材的拉压不对称性。     

挤压态AZ31镁合金温热拉伸性能的各向异性

采用单向拉伸实验研究温热条件下挤压态AZ31镁合金板材5个不同方向的力学性能、显微组织、断口形貌。结果表明:挤压态镁合金力学性能具有明显的各向异性,170℃时,各向异性最明显,随着拉伸方向与挤压方向所呈角度的增大,抗拉强度从217 MPa增大到271 MPa,屈服强度却从174 MPa减小到71 MPa。镁合金在温热条件下变形机制为{1012}拉伸孪生、{1011}压缩孪生和{0001}基面a滑移;沿着不同角度拉伸时,变形机制有所不同。拉伸方向与挤压方向的角度小于45°时,挤压态镁合金表现为微孔聚集型的韧性断裂;且随着角度的增大,表现为韧-脆混合断裂,其中角度为67.5°时,镁合金以解理方式断裂。     

挤压态AZ31镁合金温热拉伸性能的各向异性EI北大核心CSCD

采用单向拉伸实验研究温热条件下挤压态AZ31镁合金板材5个不同方向的力学性能、显微组织、断口形貌。结果表明:挤压态镁合金力学性能具有明显的各向异性,170℃时,各向异性最明显,随着拉伸方向与挤压方向所呈角度的增大,抗拉强度从217 MPa增大到271 MPa,屈服强度却从174 MPa减小到71 MPa。镁合金在温热条件下变形机制为{1012}拉伸孪生、{1011}压缩孪生和{0001}基面滑移;沿着不同角度拉伸时,变形机制有所不同。拉伸方向与挤压方向的角度小于45°时,挤压态镁合金表现为微孔聚集型的韧性断裂;且随着角度的增大,表现为韧-脆混合断裂,其中角度为67.5°时,镁合金以解理方式断裂。     

挤压态Mg-Gd-Y镁合金动态压缩力学性能与失效行为

为了研究镁合金在高应变速率下的动态变形行为及失效机制,采用分离式霍布金森压杆(SHPB)装置在室温下对挤压态Mg-Gd-Y镁合金进行动态压缩实验,并利用金相和扫描电子显微镜对冲击后的试样进行显微分析,探讨了Mg-Gd-Y镁合金沿挤压方向(ED)、横向(TD)及法向(ND)的动态压缩力学性能和失效行为与塑性变形方式。结果表明:在动态压缩载荷下,挤压态Mg-Gd-Y镁合金沿ED、TD、ND 3个方向表现出连续屈服的变形特征,随应变速率的提高,具有正应变速率强化效应,动态压缩力学性能无明显的各向异性,ED方向的动态压缩性能略优于其他两个方向的;挤压态Mg-Gd-Y镁合金在动态压缩载荷下的断口形貌呈韧脆混合的准解理断裂特征,对载荷方向不敏感;挤压态Mg-Gd-Y镁合金在动态压缩载荷下的变形方式为孪生和滑移共同作用机制,并伴随动态再结晶现象。     

基于镁合金{1012}孪生的织构调整及屈服行为演变

研究挤压态镁合金沿挤压方向预压缩对随后沿ED方向拉伸以及垂直于ED方向压缩屈服行为的影响。结果表明:在所研究的1%~9%压缩预变形范围内,不同预变形量对随后沿.ED方向拉伸的屈服影响几乎一样,都能使沿挤压方向拉伸屈服强度下降到约120 MPa,这几乎与沿挤压方向压缩屈服强度122 MPa一致;沿ED方向预压缩将导致垂直于ED方向压缩屈服强度显著增加,且不同预变形量对随后沿垂直于ED方向压缩的屈服行为影响几乎一致。造成不同施载方向屈服行为不一样的原因是不同施载方向孪生变体的最大施密特因子值不同。最大施密特因子值越大,孪生启动时的临界剪切应力越小,屈服强度也就越低。     

轧制工艺对汽车用镁合金板材组织和性能的影响

对AZ31镁合金铸轧板材进行了不同初轧温度的多道次不同路径轧制试验。通过显微组织观察、室温拉伸试验研究了不同初轧温度和轧制路径对AZ31镁合金板材的组织和性能的影响。结果表明:在300~450℃,随着初轧温度的升高,AZ31镁合金板材试样平均晶粒尺寸逐渐增大,初轧温度达到450℃时,晶粒发生明显长大。相同初轧温度下,轧制方向交替变化轧制的AZ31镁合金板材试样比单向轧制试样晶粒更为细小。随着初轧温度的升高,试样的抗拉强度和屈服强度逐渐降低,伸长率先降低后升高。采用轧制方向交替变化轧制的AZ31镁合金板材具有更优的力学性能。     

{1012}拉伸孪晶对AZ31B镁合金动态力学行为及应变速率敏感性的影响

采用分离式Hopkinson压杆和反射式拉杆装置在室温对挤压态AZ31B镁合金进行了动态压缩和拉伸试验,分析了AZ31B镁合金沿挤压方向压缩和拉伸时的不对称性和应变速率敏感性.结果表明:沿挤压方向压缩时,拉伸孪晶{1012}<1120>首先启动,屈服强度对应变速率不敏感;沿挤压方向拉伸时,拉伸孪晶不能启动,位错滑移参与变形,应变速率敏感性有所提高;由于拉伸孪晶只能单向启动,AZ31B镁合金在挤压方向的动态拉压不对称性显著.     

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。     

轧制路径对AZ31镁合金薄板组织性能的影响

研究了异步轧制路径对AZ31镁合金板材的金相组织和性能的影响。结果表明,以每道次轧制方向旋转180°而板正法向不变的路径轧制时,板材的金相显微组织较好,晶粒细小（约为20μm）,孪晶少,伸长率达到26%,并且板材的屈服强度、应变硬化指数较高;而按每道次板材轧制方向和板正法向均旋转180°的路径轧制时,板材的塑性应变比值最大。这说明异步轧制路径对AZ31镁合金性能的影响是比较复杂的,应该综合考虑异步轧制工艺条件的影响,通过工艺优化提高异步轧制AZ31镁合金板材的冲压成形能力。     

动态塑性变形下AZ31镁合金的孪生特征

沿热轧退火态AZ31镁合金轧制方向进行室温动态塑性变形,采用场发射扫描电子显微镜研究{10ī2}孪生的变体类型及结构特征。结果表明:在{10ī2}孪生机制主导塑性变形的初级阶段(ε8%),AZ31镁合金中大部分晶粒内部仅产生一种{10ī2}孪生变体或变体对,所以孪晶结构呈彼此平行状,将晶粒分割成片层组织;这种片层组织的厚度随着应变量的增加而减小,从5.55μm减小到2.49μm;少数晶粒形核产生不同的{10ī2}孪生变体,且这种晶粒的数量随着塑性变形量的增大而增加;当ε8%,孪生体积分数接近饱和,位错滑移成为镁合金主要的变形机制。     

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。     

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%。     

基于滑移/孪生耦合模型的镁合金多晶体塑性成形分析

镁合金的各向异性是由滑移和孪生共同作用产生,而孪生是协调镁合金塑性变形的重要机制。尤其在低温变形条件下,滑移和孪生相互协调并影响其成形性能。为准确描述镁合金成形过程的变形机制,文章建立了一种基于滑移和孪生相互耦合的多晶体塑性模型,并引入到有限元分析过程中。其中金属塑性流动,由每个晶粒内滑移面上沿滑移方向产生的剪切变形及孪生面上的孪生变形共同组成,进而采用率无关晶体塑性模型模拟了AZ31镁合金压缩过程,并给出了孪晶体积分数随时间的变化曲线。研究表明,孪晶体积分数随变形应力产生相应变化,并且基面滑移和孪生是影响镁合金室温成形性能及加工硬化的主要因素。