文章编号:１００１-９７３１(２０１８)１０-１００４３-１０
基于晶体塑性理论镁合金塑性变形行为研究概述?
刘胜伟１,杨冲１,彭艳１,高新亮１,吴璐２,石宝东１,３
(１．燕山大学机械工程学院国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心,河北秦皇岛０６６００４;
２．中国核动力研究设计院第一研究所,核燃料及材料国家重点实验室,成都６１００４１;
３．西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室,西安７１００４９)
摘要:对镁及其合金的基本特点作了详细的介绍,总结概括了镁合金塑性变形过程中的滑移与孪生两种变形机制,阐述了镁合金的塑性变形是滑移与孪生两种变形机制相互竞争的结果,并对镁合金在塑性变形中孪生与退孪生现象做出了解释三简述了经典的晶体塑性模型及理论,如泰勒(Ta y lor)模型二萨克斯(Sachs)模型二粘塑性自洽模型(VPSC)以及晶体塑性有限元模型(CPFE)三分析国内外关于镁合金晶体塑性理论研究,主要包括塑性变形力学性能的研究二晶体塑性变形过程中各种滑移与孪生机制的开动及织构演化的研究,并利用VPSC和CPFE 进行模拟,在宏观二微观二介观尺度上分析镁合金塑性变形过程中各变形机制的影响三
关键词:镁合金;塑性变形;滑移;孪生
中图分类号: TG１４６．２文献标识码:A DOI:１０．３９６９/j．issn．１００１-９７３１．２０１８．１０．００８
０ 引言
镁及镁合金是在实际工程应用中使用的金属材料中密度最低的一种,具有比强度和比刚度高二尺寸稳定性好二抗震性能优异二散热性好二屏蔽性能好二可回收性好等优点,在交通运输业二医疗行业二电子工业二通讯通信行业二航空航天等领域都有非常广阔的应用前景三我国镁资源储量居世界第一,发展镁合金制备加工技术对实现从镁资源优势向经济优势的转化具有重要意义,而且镁及其合金被誉为２１世纪资源与环境可持续发展的绿色工程材料[１]三镁及其合金的晶体结构的形状为密排六方(HCP)结构,镁晶体的晶格常数为a＝０．３２０９nm,c＝０．５２１１nm,轴比c/a＝１．６２４,轴比与紧
密堆积球体得到的理论比值１．６３３非常接近三由于镁合金这种独特的HCP结构,导致其独立的滑移系较少,室温塑性低(平均伸长率约１２％),变形加工能力较差,且镁的HCP晶体结构具有弱对称性以及活动滑移系数量不足从而造成强烈的塑性各向异性及拉压非对称性[２]三本文主要介绍了镁合金塑性变形过程中的孪生和滑移两种变形机制及在该过程中织构的演变等方面的研究进展,分别介绍粘塑性自洽模型和晶体塑性有限元模拟对研究镁合金各向异性行为的作用三１镁合金塑性变形模式
１．１镁及其合金的滑移变形
镁合金塑性变形过程中主要的变形机制是滑移与孪生[４３],如图１所示三在镁合金的所有滑移系中,最易激活的滑移系是(０００１)基面(原子最密排晶面)滑移系,<１１２－０>晶向是最易发生滑移的方向,其中包含最密排方向的晶面主要包括３个基面{０００１}二３个柱面{１０１－０}和３个棱锥面{１０１－１}三镁合金中的独立滑移系如表１所示三由Von Mises准则[３]得出,只有在晶体变形系激活５个以上的独立滑移系的情况下才能协调多晶体金属材料在任意宏观条件下都满足均匀变形[４]三在理论上,不仅需要将基面滑移系激活,而且也需要激活其它非基面滑移系来满足Von Mises准则三研究发现,除了最易发生滑移方向<１１２－０>外;另一个容易发生滑移的方向是<１１２－３>,<１１２－３>滑移方向不仅与基面相平行,并且与c轴相垂直,包含<１１２－３>晶向的晶面包括{１０１－１}二{１１２－１}二{１０１－２}及{１１２－２}等锥面三常温下,镁及其合金基面滑移的临界剪切应力(critical resolved shear stress,CRSS)约为０．４５~０．８１MPa,柱面滑移的CRSS值约为３９．２MPa,而锥面
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刘胜伟等:基于晶体塑性理论镁合金塑性变形行为研究概述
?基金项目:国家重点研发计划资助项目(２０１７YFB０３０６４０３);国家自然科学基金资助项目(５１７７１１６６,５１４０１１７８,５１６０４２４１);人社部留学归国人员择优科技活动资助项目(CG２０１４００３００４);河北省自然科学基金资助项目(E２０１５２０３００９);河北省
教育厅高等学校青年拔尖人才科技计划资助项目(BJ２０１６０５４);机械结构强度与振动国家重点实验室开放课题资
助项目(SV２０１８-KF-０６)
收到初稿日期:２０１８-０４-１７收到修改稿日期:２０１８-０８-０９通讯作者:石宝东,E-mail:baodon g．shi＠y su．edu．cn 作者简介:刘胜伟(１９９３－),男,山东烟台人,在读硕士,师承石宝东副教授,从事特种轻合金(镁二铝二钛合金)变形机制二显微组织调控二热处理工艺二宏观-介观-微观跨尺度本构模型的研究三
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