【摘 要】
:
镁合金材料拥有超高的比刚度、比强度以及良好的电磁屏蔽特性等优势,在汽车行业领域、航空与航天领域及消费电子产业中获得了广泛使用。但是,因其是密排六方晶体结构,造成镁合金材料在常温下的成形性能较差,影响了镁合金材料的进一步使用。本课题的研究对象为具有强基面织构的1 mm厚的AZ31镁合金薄板,通过弯曲限宽矫直技术在镁合金薄板中预置{10(?)22}拉伸孪晶,弱化原始板材的强基面织构,提高镁合金薄板的力
【基金项目】
:
国家自然科学基金“基于精准局域组织预控制的镁合金复杂冲压件的成形及组织性能演变规律” (项目编号:U1810208);
论文部分内容阅读
镁合金材料拥有超高的比刚度、比强度以及良好的电磁屏蔽特性等优势,在汽车行业领域、航空与航天领域及消费电子产业中获得了广泛使用。但是,因其是密排六方晶体结构,造成镁合金材料在常温下的成形性能较差,影响了镁合金材料的进一步使用。本课题的研究对象为具有强基面织构的1 mm厚的AZ31镁合金薄板,通过弯曲限宽矫直技术在镁合金薄板中预置{10(?)22}拉伸孪晶,弱化原始板材的强基面织构,提高镁合金薄板的力学性能及成形性能。用于本文研究的初始材料为板厚1 mm的商用AZ31镁合金热轧薄板。分析并探究了不同温度、不同变形路径和循环道次下弯曲限宽矫直后板材以及退火后板材的微观组织演变规律及其对力学性能和成形性能的影响。通过电子万能试验机测试了板材经过不同变形工艺及退火工艺后的室温拉伸性能,计算了应变硬化指数n值及塑性应变比r值,确定了能够提高镁合金薄板成形性能的最佳变形工艺参数及退火参数。通过探究变形过程中的孪生机制、织构演变规律,建立起了微观组织演变过程与力学性能及成形性能的关系。本文分别在室温、200℃、300℃、400℃沿RD、TD、RD+RD、RD+TD、TD+RD、TD+TD(其中RD方向为镁合金板的轧向,TD方向为镁合金板的横向)方向对原始镁合金薄板进行一次和二次弯曲限宽矫直,并对成形性能最好的试样进行退火处理。研究表明,经过弯曲限宽矫直变形后,原始镁合金板材中出现大量{10(?)2}拉伸孪晶,由于拉伸孪晶的出现,原始板材中平行于板材法向(ND)晶粒的c轴会向变形方向发生角度约为86°的偏转,与此同时,板材的织构类型会出现不同的变化,一种典型的规律为基面织构被弱化;另外一种为基面织构基本消失,转变为不同方向变形后对应的偏转织构;还有一种由再结晶主导的极其散乱的织构类型,不同的织构类型对板材力学性能以及成形性能均产生了不同的影响。此外,还探究了AZ31镁合金薄板在弯曲限宽矫直过程中的孪生行为,研究发现,变形过程中,板材中会出现多种孪生变体,且变体与变体之间存在多种位置关系,主要有邻位变体、对位变体、同位变体。通过电子万能试验机对镁合金板材的室温拉伸实验表明,弯曲限宽矫直变形后的板材中由于拉伸孪晶存在,拉伸曲线的形状较原始镁合金板相比发生很大变化,比如屈服平台现象的发生,这是拉伸孪晶协调室温单向拉伸过程中塑性变形的典型特征。此外,拉伸孪晶片层能够切割晶粒使晶粒细化,更多的晶界会阻碍位错滑移,造成位错塞积,因此,板材的极限抗拉强度(UTS值)较原始板大幅提升,同时由于拉伸孪晶导致晶粒发生偏转,有利于塑性变形,故板材的屈服强度较原始板材明显降低。在300℃沿TD方向两次弯曲限宽矫直之后,由于孪晶片层切割晶粒细化晶粒以及动态再结晶晶粒的出现,TD方向的UTS值达到350 MPa,较原始板材提高约60%,断后伸长率(FE值)较原始板材略有降低;室温下沿TD方向弯曲限宽矫直后RD方向的伸长率达到16%,较原始板材提高约15%,同时板材具有较大的n值和较小的r值,板材的成形性能在所有变形工艺中最好。故在后续的实验方案中,进一步探究了室温下沿TD弯曲限宽矫直后不同退火参数对板材力学性能及成形性能的影响。基于之前的研究,本文所选取的退火参数分别为在150℃退火16 h,230℃退火2h、4 h、6 h。研究表明,低温下较长时间退火以及较高温度下短时间退火均能够保留变形后板材中拉伸孪晶片层结构,且在退火过程中均发生不同程度的静态再结晶。230℃退火4h后板材的综合力学性能最好,板材TD方向的UTS值为313 MPa,FE值略有减小,RD方向的断后伸长率(FE值)较变形后板材进一步提高,达到20%。此外,230℃-4h退火后板材的基面织构进一步被弱化,板材的塑性成形能力达到最佳。在230℃退火6 h,板材的晶粒尺寸略微增大,且孪晶片层也随着退火时间的延长逐渐长大,并且吞噬基体晶粒。在150℃退火16 h后板材的织构类型发生明显改变,由变形后板材的基面织构转变为TD偏转织构和基面织构并存的织构类型。主要由于长时间退火过程中发生广泛的静态再结晶且再结晶晶粒分别继承了拉伸孪晶及母体晶粒的取向,导致TD偏转织构和基面织构共存。在230℃不同温度下退火过程中,板材的织构类型基本都以基面织构为主,并没有TD织构类型的出现,由于退火过程中产生的再结晶晶粒主要继承了母体晶粒的取向,而影响孪晶诱导再结晶机制的主要因素是前期变形过程中产生的应变能,在退火过程激活这种应变能需要更高的温度或者更长的时间,相比于150℃-16 h的退火,230℃下退火温度虽略有升高,但退火时间短,不足以激活变形过程中储存的能量,故导致孪晶诱导再结晶效果不明显,因此,板材的织构类型还是以基面织构为主。
其他文献
高铁齿轮作为高速列车传动系统的关键部件,其性能的优劣性直接影响到列车的运行速度及行驶安全,随着现代高铁行业的迅速发展,高速列车的服役环境、运行速度和使用周期对高铁齿轮材料的性能提出了更高的要求。由于齿轮的受力特点,在实际服役过程中,最易发生齿面磨损和齿根断裂这两种失效现象,造成这些现象的主要原因是齿轮材料在高负载长周期作用下的疲劳行为。因此,对高铁齿轮材料的抗疲劳性能进行研究,对科学发现、经济发展
镁合金作为目前世界上最轻的可用金属工程结构材料,应用前景广阔,然而其在高温下强度较低,无法大量应用于汽车、航空领域。Mg-Gd-Nd-Zr系合金固溶强化效果优良,时效硬化响应明显,具有较高的室高温强度,但伸长率不高。而在Mg-Gd-Nd-Zr系合金中添加少量的Zn元素,会在合金中形成一种长周期堆垛有序结构(Long period stacking order structure,简称LPSO相),
为了解决能源匮乏和大气污染等问题,开发高效的能源存储设备成为科学家的一项重大任务。超级电容器因其工作温限宽,充放电效率高、循环寿命长和对环境污染小等优点吸引了很多研究者对其在储能领域的研究。研发优异性能的电极材料是提高其能量密度的有效途径。众所周知,在各种电极材料中,过渡金属硒化物因其具有较低的电负性和较高的电化学活性而被人们广泛研究。本文以镍钴硒化物作为研究对象,通过调节物料配比和反应条件制备了
生物可降解金属植入物在人体内的生理环境中,完成支撑固定作用或修复治疗等效用之后可完全降解,不需二次手术,降解产物可被人体代谢,且无其它不良副作用。因此,有望替代传统的不可降解金属植入物用于临床。相比于可降解镁和铁,锌(Zn)的降解速率更为适中,降解过程中无析氢现象,且降解产物(Zn2+)在人体成骨过程中发挥重要作用。但纯Zn的力学性能较差,降解速率仍然较慢,无法与骨组织修复过程相匹配,难以满足可降
面对传统能源枯竭危机及响应建设“绿色友好型社会”的号召,镁合金因密度低、蕴藏量丰富、比强度高及减震性能好等诸多优点成功跻身汽车、航空航天及电子3C等轻量化领域,但绝对强度不足及塑性不优,限制了其推广应用。近年来,稀土镁合金研发势头迅猛,在诸多Mg-RE系合金中,Mg-Gd-Zn合金因优良力学性能备受关注。晶粒细化是一种保证塑性不降低但可改善强度的有效方法。本文采用球磨法制备Mg-12.6Gd-1.
MXene,一种新型二维过渡金属碳/氮化物,凭借其优异的理化性能,自2011年问世以来就得到了广泛的关注。本工作使用的MXene为Ti3C2Tx,独特的结构和良好的导电性可使其在未来储能领域大放异彩;将其用于超级电容器时,MXene的层状结构可以给离子提供一个通畅快速的传输通道,从而保证超级电容器在多次充放电循环后电容保持率不衰减;但其关键性能指标电容值及电容保持率及能量密度仍有待提高;其中电容值
目前,核聚变堆中的第一壁材料选择已经成为亟待解决的“卡脖子”难题,钨因其高热导率、高熔点、高溅射阈值等优点成为了最有前景的第一壁候选材料,但自身的一些本征属性导致的性能缺陷迫使它进行强化和改性。而含钨高熵合金作为一种新型抗辐照材料已被证实具有多种优良的力学性能、机械性能和耐腐蚀性能,但由于常见的熔炼铸态块状高熵合金难以满足大型第一壁材料的形状和组织结构要求,因此高熵合金涂层材料成为了新的研究方向。
NdFeB烧结磁体自1984年问世至今,以其卓越的室温磁性能,广泛应用于电动汽车、轨道交通、电子、医疗以及风能发电等高新技术领域。然而,普通烧结NdFeB三元磁体的矫顽力低、耐高温性能差,无法满足高温环境下的使用需求。因此,研究者期望通过改善磁体室温下的矫顽力以弥补其在高温下的不可逆磁通损失,进而提高烧结磁体的耐温性。本文采用晶间添加Tb80Fe20、Dy Hx、纳米Al/Zn O粉、Tb80Fe
黑色金属材料因为强度高、韧性高和不错的耐腐蚀性能,被广泛应用于各行各业,其性能的优化一直是备受关注的课题研究。表面改性处理可以提升黑色金属的表面性能,使其应用更加广泛。等离子体氮化技术因其经济有效,发展迅速,在各种表面处理方法中备受称赞。等离子体氮化利用辉光放电产生等离子体,高速的氮正离子对工件表面进行轰击,将活性氮原子渗入材料表面。在这个过程中,渗入黑色金属材料中的氮与基体中的Fe等元素形成氮化
利用X射线光电子能谱技术(XPS)和扫描电子显微镜(SEM)研究了芥酸酰胺在聚丙烯(PP)无纺布表面迁移过程中的元素和形貌特征变化,通过XPS结果中N1s窄谱峰中—NH2(398.5 eV)和—NH—(399.4 eV)的两种价态峰以及不同迁移浓度下的O1s窄谱峰和SEM观察到的层状形貌,成功揭示了迁出的芥酸酰胺分子逐层形成单层和多层结构的自组装行为。同时,利用接触角研究了芥酸酰胺迁移浓度对PP无