多向压缩ZW61镁合金组织性能及变形行为研究

作     者：苏梦瑶 

作者单位：西安理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐春杰

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：ZW61镁合金 多向压缩 孪生 孪晶 再结晶退火 

摘      要：多向压缩(Multi-directional ***)工艺通常可以实现块体材料在累积较大应变量的同时其形状和尺寸基本不发生改变,多向压缩由于变形过程中加载方向的不断改变,材料可以获得晶体组织，并使得基面机构强度得以控制,避免变形合金的各向异性。在室温变形过程中,孪生作为重要的变形机构协调变形,研究表明高密度的孪晶可以使合金强化,因此引入孪晶被认为是开发高强度和高韧性镁合金最具前途的策略。本文以ZW61(Mg·6Zn·IY-0.6Ce-0.6Zr(WL%))镁合金为研究对象,在室温下对ZW61镁合金进行多向压缩变形(MDC),以此引入孪晶。探究相同累积应变量下不同单向压缩应变量及压缩道次对ZW61镁合金显微组织、力学性能及耐腐蚀性能的影响规律。对比ZW61镁合金在不同多向压缩变形工艺下的孪晶生长及变体选择机制,分析其理性变形行为,结合再结晶退火对多向压缩后ZW61镁合金的组织进行调控,研究不同退火工艺下多向压缩ZW61镁合金的再结晶形状及长大机制,分析其力学性能变化规律,以期揭示ZW61镁合金室温多向压缩的塑性变形行为,为成形性能良好的低稀土镁合金的设计提供理论依据。本文主要结论如下: (1)相同累积应变下,随着单向压缩应变量增大,晶粒中{10 12}拉伸孪晶先增多后减少,高低应变交替压缩显著提高合金中细晶比例,孪晶相互作用增强阻碍位错运动,增加试样中心的应力集中,试样各部分等效应变差异变大,合金强度提升、材料的塑性降低。由于孪晶区原子能量高,随着单向压缩应变量增大,合金的耐腐蚀性降低,相同累积应变条件下,高低应变交替压缩后,合金的腐蚀速率细晶比例的提高而降低。 (2)同一单向压缩应变量下,随着多向压缩道次的增加,{10 12}拉伸孪晶及其变体相互作用显著增强,并逐渐达到饱和,多向压缩道次继续增加,晶粒内部将出现退孪生,并且单向压缩应变量较大时,孪晶饱和后进一步压缩,试样快速失效,随着多向压缩道次的增加,合金强度显著增强,而塑性降低。 (3)室温多向压缩ZW61镁合金,合金的耐蚀性变化分为两个阶段:变形初期,孪晶数量少,孪晶作为高能原子区腐蚀速率较快,合金耐蚀性降低。随着压缩道次增加,孪晶相互作用增强,由于孪晶界的表面能低于高角度晶界,高密度、均匀的孪晶界有利于减少局部腐蚀的发生,腐蚀速率减缓,合金耐蚀性增强。 (4)室温多向压缩ZW61镁合金时柱面滑移系难以开动,变形初期以孪生协调塑性变形为主。随着变形量和压缩道次增加,孪晶数量增多,晶粒取向发生变化,锥面滑移施密特因子升高,由孪生、锥面滑移系以及锥面滑移系共同协调塑性变形。ZW61镁合金多向压缩变形后,孪晶变体的选择是否遵循施密特准则,取决于晶粒内部激活的孪晶数量,对于孪晶含量较多或含多个孪晶变体的晶粒,施密特因子较小的孪晶变体将被激活。 (5)再结晶退火可以提高变形ZW61镁合金的塑性,且合金加工硬化指数增大,成形性显著增强,但合金的强度有所下降。多向压缩变形的合金在再结晶温度以上退火,由于在晶界与孪晶界相互交叉处易于应力集中,储存能提高,再结晶晶粒优先出现在三晶界相交处、晶界-孪晶界相交处以及孪晶相互作用处,随后再结晶晶粒长大并吞并原始晶粒及孪晶。