AZ31镁合金塑性变形不均匀性与变形机制的研究

AZ31B镁合金大应变循环变形行为研究耿长建;师俊东;李晓欣;王志宏;滕佰秋【摘要】为了研究AZ31B镁合金在大应变幅条件下的变形机制,开展了该合金在7.嬲应变幅条件下的循环行为研究.结果表明:在拉伸阶段的最大应力值随着循环周次的增加而减小,而在压缩过程中的最大应力值随着循环周次的增加而增大,在整个循环过程中材料呈现循环应变硬化特性,拉应力是导致循环应变硬化的主要原因;随着循环周次增加,滞回曲线的不对称性基本不变.真应力-真应变滞回曲线在卸载和反向拉伸阶段出现3个拐点.在压缩过程中发生{10-12}孪生,反向拉伸过程发生去孪生行为,包申格效应对去孪生行为具有较大影响.研究表明:孪生-去孪生是大应变幅循环变形的主要变形机制;对拉伸、反向压缩过程的变形特征及机制的分析,可为低周疲劳行为的研究提供参考.【期刊名称】《航空发动机》【年(卷),期】2016(042)001【总页数】5页(P79-83)【关键词】AZ31B镁合金;非对称;应变硬化;滞回曲线;孪生-去孪生【作者】耿长建;师俊东;李晓欣;王志宏;滕佰秋【作者单位】中航工业沈阳发动机设计研究所,沈阳110015;中航工业沈阳发动机设计研究所,沈阳110015;中航工业沈阳发动机设计研究所,沈阳110015;中航工业沈阳发动机设计研究所,沈阳110015;中航工业沈阳发动机设计研究所,沈阳110015【正文语种】中文【中图分类】V216.3镁合金具有密度低、比强度和比刚度高、铸造性能良好、电磁屏蔽能力较强以及易于再生利用等一系列优点，被誉为“21世纪最具发展潜力和前途的材料”。

其结构件在汽车、飞机、计算机、通讯等领域的应用日益广泛［1-3］。

AZ31B变形镁合金因其延展率良好和强度较高，是目前应用最多的挤压变形镁合金。

在不同加载方向下，AZ31B变形镁合金呈现各向异性。

许多对镁合金在应变控制的低周疲劳的研究表明，加载方式和样品的织构对其疲劳性能具有重要影响［4-10］。

AZ31镁合金各向异性力学行为及微观形变机制的模拟研究镁合金因其具有高的比刚度比强度、低密度、良好的导电和导热性成为未来最具应用潜力的轻质材料之一。

然而,制约镁合金发展的主要问题在于其室温塑性变形能力差,形变各向异性严重,而从微观角度分析位错滑移、孪生等机制对镁合金的织构演化影响一直是材料学界研究的热点和难点。

本课题通过单轴拉伸实验确定材料参数,建立fortran77语言的可描述镁合金主要形变系统(位错滑移、孪生)的自洽模型,研究镁合金的宏细观力学行为以及微观机制对宏观力学性能的影响。

同时模拟镁合金板材在冷轧过程中的织构演化,并讨论了微观形变机制对织构演化的贡献。

根据由实验获得的AZ31镁合金热轧板材的单轴拉伸应力-应变曲线,拟合确定了模型所需的材料参数,建立fortran77语言的自洽模型。

热轧板材通常具有较强的基面织构。

结果表明,该模型能准确预测镁合金在不同方向加载时的单轴拉伸力学行为,沿不同方向施加载荷时微观形变系统的开动时机和贡献不同是造成宏观力学行为各向异性的根本原因。

沿RD、TD方向加载时,位错滑移是主要的形变机制,基面滑移和柱面滑移是弹塑性转变阶段主要开动的形变系统。

形变后期,锥面滑移成为塑性阶段的主导机制。

沿ND方向加载时,孪生则是主要的形变机制,该方向大多数晶粒沿C轴受拉,应力方向近似垂直于基面,导致基面滑移的schmid因子几乎为0,难以开动。

在该方向加载时,材料的宏观屈服强度明显小于其他方向。

对材料沿着不同方向加载时各晶面微观应变的分析表明,在微观尺度上,镁合金的晶格应变分布也表现出很强的各向异性。

在弹性阶段,各品面的晶格应变基本保持一致,进入塑性阶段不同晶面出现了明显的“软”、“硬”取向之分。

沿RD方向加载时,当应力载荷为150-225MPa,(0002)晶面为最软取向,(1011)为最硬取向；225MPa以后,(0002)变为最硬取向,(1011)变为最软取向,这表明随着载荷增加微观形变系统相互竞争,使得材料内部存在晶粒取向相关的应力。

镁合金板材超塑性成形性能及变形失稳文章研究了轧制AZ31B镁合金板材的超塑性与变形失稳，对镁合金板材进行了超塑性拉伸试验和超塑性凸模胀形试验。

通过对AZ31B镁合金进行超塑性单向拉伸（初始应变比？籽00）实验，研究其在不同加载途径下变形过程中板平面内的两主应变（？着1，？着2）的分布和最小截面处的应变路径变化。

结果表明：在一定变形速度与温度下，工业态AZ31B镁合金板材具有优良的超塑性；在变形温度为573K中温条件下的超塑性成形性合乎成形零件的基本要求。

标签：AZ31B镁合金；超塑性；成形性能；变形失稳Abstract：The superplasticity and deformation instability of rolled AZ31B magnesium alloy sheet were studied in this paper. The superplastic tensile test and the bulging test of superplastic convex die were carried out on the magnesium alloy sheet. The superplastic uniaxial tensile test （initial strain ratio ρ00）were carried out on AZ31B magnesium alloy. The distribution of two principal strains （？著1，？着2）and the variation of strain path at the minimum cross section in the plate plane during different loading paths are studied. The results show that the industrial AZ31B magnesium alloy sheet has excellent superplasticity at a certain deformation rate and temperature，and the superplastic formability at a deformation temperature of 573K meets the basic requirements of forming parts.Keywords：AZ31B magnesium alloy；superplasticity；formability；deformation instability目前，工业中的铝、钛等合金零件的生产多使用超塑性成形工艺，而超塑性成形工艺较少用于镁合金零件的生产过程。

第34卷第6期Vol 134　No 16FORGING &S TAMPING TECHNOLOGY2009年12月Dec.2009A Z31镁合金的热挤压变形和力学性能分析石　磊1,李继文1,2,李永兵3,魏世忠1,2,徐流杰1,2,张国赏1,2(11河南科技大学材料科学与工程学院,河南洛阳471003;21河南科技大学河南省耐磨材料工程技术研究中心,河南洛阳471003;31机械科学研究总院先进制造技术研究中心,北京100083)摘要:为了掌握高精度镁合金管材的生产工艺,通过对铸锭的均匀化处理,借助500t 挤压机、拉伸试验机、金相显微镜和透射电镜(TEM )对AZ31镁合金管材的等温挤压过程进行了研究,试制了AZ31镁合金挤压薄壁管材,获得了尺寸精度高、粗糙度小和壁厚差小的管材;分析了不同挤压条件下的AZ31镁合金管材的尺寸精度、组织、力学性能。

研究结果表明:在挤压温度为623±20K 挤出管材经523K ×3h 退火时其性能较好,抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为270MPa ,175MPa 和2311%。

关键词:AZ31镁合金;热挤压;管材DOI :1013969/j 1issn 1100023940120091061010中图分类号:TG 376 文献标识码:A 文章编号:100023940(2009)0620035204H ot extrusion deformation of AZ31m agnesium alloy and mechanics performance analysisSHI Lei 1,L I Ji 2w en 1,2,L I Yong 2bing 3,WEI Shi 2zhong 1,2,XU Liu 2jie 1,2,ZHANG G uo 2shang 1,2(11School of Material Science and Engineering ,Henan University of Science and T echnology ,Luoyang 471003,China ;21Henan Engineering Research Center for Wear of Materials ,Henan University of Science and Technology ,L uoyang 471003,China ;31Advanced Manufacture Technology Center ,China Academy of MachineryScience and Technology ,Beijing 100083,China )Abstract :In order to know the production technics of magnesium alloy tube with high accuracy ,the isothermal extru 2sion process of AZ31magnesium alloy tube was investigated by 630t extruder ,tensile machine ,microscopy and trans 2mission electron microscope (TEM ).The casting was homogenized before extrusion deformation.The tube with pre 2cise size ,low roughness and little wall thickness difference was received during the trial 2manufacture of the thin 2wall extruded tube of AZ31magnesium alloy.AZ31magnesium alloy was hot extruded under different conditions ,and the microstructure and mechanical properties and dimensions accuracy of the alloy were investigated.The results show that the tensile strength and yield strength and elongation percentage of samples ,that extruded at 623±20K and annealed at 523K ×3h are 270MPa ,175MPa and 2311%respectively.K eyw ords :AZ31magnesium alloy ;hot extrusion ;tube收稿日期:2009204210;修订日期:2009206210作者简介:石　磊(1980-),男,硕士研究生电子信箱:shilei207207@1631com 镁合金是目前工业应用中最轻的金属结构材料,具有较高的比强度、比刚度,良好的减震性能、电磁屏蔽性能、切削加工性能、尺寸稳定性能以及容易回收等一系列优点,可以代替塑料、钢铁等材料,满足产品的轻、薄、一体化等要求。

变形镁合金AZ31的织构演变与力学性能共3篇变形镁合金AZ31的织构演变与力学性能1变形镁合金AZ31是一种广泛应用于航空、汽车、电子、医疗等领域的轻金属材料。

其具有轻质、高比强度、高耐腐蚀性等突出特点，逐渐成为各个领域中的热门材料。

然而，AZ31合金在加工过程中存在明显的异方性，其机械性能受到材料的组织结构影响较大。

因此，对于AZ31合金织构演变对力学性能的影响进行深入研究，有助于提高这种合金材料的使用性能。

AZ31合金的织构演变与力学性能1. AZ31合金的结构特点AZ31合金属于Mg-Al-Zn系列，由镁、铝、锌组成，其中镁含量最高，达到90%以上。

该合金的强度和塑性取决于其织构和显微结构。

AZ31合金虽然密度较低，但其非球形晶粒结构导致其劣异性强，机械性能较差。

而AZ31合金加工过程中的塑性变形，会导致晶体的取向趋向于某些方向，进而改变其结构和性能。

2. AZ31合金的织构演变材料的织构是指其晶体结构的方向取向分布情况。

AZ31合金材料经过加工后，其晶体取向会出现明显的变化。

织构演变主要表现为以下几个方面：(1) 轧制织构AZ31合金在轧制过程中，由于强制变形而出现滑移活动和晶胞旋转，引起晶体取向转移。

随着轧制次数的增加，合金的织构也发生了显著变化。

初始材料晶粒的织构为强烈的(0001)取向，随着轧制次数的增加，晶胞几乎沿着轧制方向旋转。

在轧制后5次，(0001)织构逐渐消失，取向随机化趋势增强。

(2) 拉伸织构AZ31合金在拉伸过程中，晶粒沿着应力方向伸展。

拉伸应变随机化使得AZ31合金中的(0001)取向被破坏，取向随机性增强。

此外，拉伸过程中晶粒的滑移和旋转也会影响其织构。

(3) 桶形拉伸织构桶形拉伸是一种在不一致模式下进行的拉伸，能够产生高度逆变形，有利于产生组织细化和显着的织构改善。

桶形拉伸后，(0001)取向分布更为均匀，且滞后角度明显减小。

3.织构演变对AZ31合金力学性能的影响材料的力学性能受到其组织结构的影响。