【摘 要】
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镁合金作为最轻的结构金属材料,具有高比强度、高比刚度以及优良的导热性能和电磁屏蔽能力,受到了人们的极大关注。然而,镁合金因其HCP晶体结构,滑移系少,塑性成形能力较差,且强度不够高及耐磨性能差,极大的限制了镁合金的广泛应用。本文对Mg-6Al-3Zn-2Sn合金热压缩过程中的变形机制、时效处理对组织性能的影响以及摩擦磨损过程中亚表层微观组织演变这三个方面进行了研究,为高性能镁合金的开发和变形加工提
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镁合金作为最轻的结构金属材料,具有高比强度、高比刚度以及优良的导热性能和电磁屏蔽能力,受到了人们的极大关注。然而,镁合金因其HCP晶体结构,滑移系少,塑性成形能力较差,且强度不够高及耐磨性能差,极大的限制了镁合金的广泛应用。本文对Mg-6Al-3Zn-2Sn合金热压缩过程中的变形机制、时效处理对组织性能的影响以及摩擦磨损过程中亚表层微观组织演变这三个方面进行了研究,为高性能镁合金的开发和变形加工提供重要的理论基础和科学依据。在300℃温度下,不同应变速率下的热压缩实验结果表明,在变形初始阶段,激活的孪晶主要为{10(?)2}拉伸孪晶,在不同应变速率下均出现了孪晶交割,高应变速率能够促进孪生行为,优先形核的孪晶变体都遵循SF准则。低应变速率下,孪晶发生交割形成60°<10(?)0>晶界,60°<10(?)0>晶界包围而成的孤岛会通过晶格旋转以协调塑性变形。在高应变速率下,孪晶内部的高密度位错会形成亚晶界(SGBs)与孪晶交割形成的60°<10(?)0>晶界共同形成新的晶粒。在梯度变速条件下,相比于低应变速率,有更多的软化机制发生,如TDRX和孪晶交割诱导的动态再结晶,孪晶交割引起的晶格旋转等,使动态再结晶晶粒的体积分数明显增多。通过对合金进行时效处理发现,挤压态ATZ632合金经过时效处理后,Mg17Al12相增加,有Mg4Zn7相析出。峰值时效ATZ632合金的屈服强度和极限抗拉强度分别达到252.5和416.2 MPa。析出的片层状Mg17Al12相沿基体基面析出并生长,棒状Mg4Zn7相垂直于基面生长;Mg4Zn7的析出作为主要增强相提高了合金的屈服强度,Mg17Al12相析出及细晶强化进一步提高了合金强度。较低温度时效造成部分非静态再结晶晶粒的旋转,使得锥面平行于轧制方向,弱化了基面结构,使得合金的强度降低。在20 N、60 N和120 N不同载荷下进行摩擦磨损实验,结果表明,随着载荷的增大,摩擦系数呈现降低趋势,磨损机制主要分别为磨粒磨损、剥层磨损、氧化磨损和剥层磨损。在不同载荷下,摩擦磨损后的亚表层微观组织均观察到孪晶,且均为拉伸孪晶,在60 N载荷下的拉伸孪晶数量最多;在120 N的高载荷下,观察到了细小的再结晶晶粒。使用载荷和摩擦力的合力来计算施密特因子(SF),计算结果表明:随着载荷的增大,SF为负值的孪晶的比例增大,并且六种孪晶变体均有产生,以(011 2)[01 11]孪晶变体为为主。对于SF为负值的孪晶,其孪晶变体的产生都遵循几何协调因子,并且其生长方向受到8)8)′值的影响。晶粒尺寸越大,在摩擦磨损过程中越容易产生孪晶。具有高基面滑移SF值的晶粒容易产生孪晶,并且其基面滑移的SF值要大于孪晶的SF值。在小载荷下,低取向差的晶粒更容易产生孪晶,随着载荷的增大,产生孪晶的晶粒的取向差更趋向于随机。
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