本文關(guān)鍵詞：深冷后SMAT對AZ31鎂合金顯微組織和力學(xué)性能的影響

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【摘要】：在科學(xué)與技術(shù)取得巨大進(jìn)步的今天,銅、鋁、鐵、鋅等金屬礦產(chǎn)資源正在貧瘠化,環(huán)境污染日益嚴(yán)重,人們的節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)意識逐漸增強,工程材料的輕量化備受關(guān)注。鎂合金被公認(rèn)為新世紀(jì)的綠色工程材料,相較于鋁合金、銅合金等其他金屬合金,它具有比強度和比剛度高、減振性能好、切削加工性能好、磁屏蔽性優(yōu)良等獨特的優(yōu)點。但是鎂合金塑性差、絕對強度低、摩擦磨損性能差且容易被腐蝕,這些缺點極大地限制了其應(yīng)用。表面機械研磨處理(SMAT)是新世紀(jì)后發(fā)展起來的一種表面改性技術(shù),它通過使材料表面納米化并形成一定厚度的梯度納米結(jié)構(gòu),從而提高金屬材料綜合力學(xué)性能。然而,SMAT處理后,盡管合金的強度得到明顯的提高,但延伸率卻大幅下降,合金的綜合力學(xué)性能并未顯著提高。深冷處理是常規(guī)冷處理的延伸,它可以改善鎂合金的組織均勻性,促進(jìn)合金中第二相顆粒的析出,從而提高材料的強度、塑性和耐磨損等性能。本文基于提高AZ31鎂合金綜合力學(xué)性能的研究目的,采用深冷處理對AZ31鎂合金進(jìn)行預(yù)處理,然后再進(jìn)行不同時間的SMAT處理。通過金相顯微鏡、X射線衍射、掃描電鏡及透射電鏡表征了深冷及深冷SMAT處理前后合金微觀結(jié)構(gòu)的變化,還測定了處理前后合金硬度、強度及延伸率等力學(xué)性能,討論了深冷及深冷SMAT對AZ31鎂合金微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響,探討了材料組織演變和性能改善的機理,得到如下結(jié)論:1.AZ31鎂合金經(jīng)過深冷處理后,顯微組織方面晶粒更加細(xì)化且伴有更多更均勻的β-Mg顆粒的析出,合金的強度硬度略有增大,延伸率和斷裂韌性獲得大幅提高。深冷7d后,試樣的平均晶粒尺寸由6.8μm細(xì)化至6.1μm,β-Mg顆粒的體積分?jǐn)?shù)由1.1%增加至4.2%,且顆粒平均直徑減小了40%。合金內(nèi)晶粒的小幅細(xì)化使材料的強度硬度有所增加,更多且更均勻的第二相析出導(dǎo)致AZ31鎂合金在塑性變形過程中更易發(fā)生孿生變形,深冷7d后合金的塑性大幅提升42.8%,斷裂韌性顯著提高49.2%,斷裂機制呈現(xiàn)由準(zhǔn)解理斷裂向韌窩斷裂轉(zhuǎn)變的趨勢。2.AZ31鎂合金經(jīng)過深冷SMAT處理后,表面層的晶粒細(xì)化至納米級,形成了由表及里晶粒尺寸逐漸增大的梯度納米結(jié)構(gòu);合金的強度、硬度顯著提高,但塑性和斷裂韌性卻明顯下降,深冷7d+SMAT 3min處理后試樣的綜合力學(xué)性能最好。隨著SMAT時間的增加,深冷7d后的試樣表面晶粒逐漸細(xì)化,梯度納米結(jié)構(gòu)層厚度和硬度逐漸增大,SMAT 6min后表面層晶粒細(xì)化至約38nm,梯度納米層厚度可達(dá)147μm,硬度增大約51%。SMAT處理過程中的劇烈塑性變形會顯著增大材料的位錯密度,使位錯運動受到阻礙,加工硬化率提高,從而降低AZ31鎂合金的塑性和斷裂韌性,合金的斷裂機制由韌窩斷裂向解理斷裂轉(zhuǎn)變。但同時合金的屈服強度和抗拉強度大幅增加,經(jīng)SMAT 3min處理后達(dá)到最大值,分別提高約33.7%、32.3%。3.選取了深冷7d后的合金進(jìn)行不同時間的SMAT處理,經(jīng)過深冷與SMAT復(fù)合處理后,AZ31鎂合金屈的服強度、抗拉強度明顯提高,延伸率的降低程度減小,獲得了良好的強度-塑性匹配,綜合力學(xué)性能明顯更優(yōu)。在進(jìn)行SMAT處理前進(jìn)行深冷預(yù)處理可以使AZ31鎂合金析出更多的β-Mg顆粒,且分布更加均勻。這些第二相顆粒在合金的SMAT處理過程中可以促進(jìn)孿晶的形核并抑制孿晶長大,有利于材料劇烈塑性變形時應(yīng)力的釋放,減緩加工硬化率的下降趨勢,從而降低SMAT處理對AZ31鎂合金塑性的損害;同時,第二相顆粒能阻礙拉伸變形過程中位錯的滑移和交錯等運動,從而增大SMAT處理后AZ31鎂合金的強度。
【關(guān)鍵詞】：鎂合金 深冷處理 表面機械研磨處理 梯度納米結(jié)構(gòu) 顯微組織 力學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG146.22
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第1章 緒論11-28
• 1.1 鎂合金概述11-18
• 1.1.1 鎂合金及其工業(yè)應(yīng)用11-13
• 1.1.2 鎂合金塑性變形機制13-16
• 1.1.3 鎂合金的發(fā)展趨勢16-18
• 1.2 深冷處理18-21
• 1.2.1 深冷處理概述18
• 1.2.2 深冷處理的機理18-19
• 1.2.3 鎂合金深冷處理的研究19-21
• 1.3 表面梯度納米化21-26
• 1.3.1 表面梯度納米化概述21-22
• 1.3.2 表面梯度納米化的方法22-24
• 1.3.3 鎂合金表面機械研磨處理的研究24-26
• 1.4 選題意義和研究內(nèi)容26-28
• 1.4.1 選題意義26-27
• 1.4.2 研究目標(biāo)及內(nèi)容27-28
• 第2章 研究路線和實驗方法28-37
• 2.1 研究路線28-29
• 2.2 處理工藝29-30
• 2.2.1 深冷處理29-30
• 2.2.2 表面機械研磨處理30
• 2.3 顯微組織結(jié)構(gòu)分析方法30-35
• 2.3.1 金相觀察30-31
• 2.3.2 X射線衍射31-32
• 2.3.3 掃描電鏡觀察32-33
• 2.3.4 透射電鏡觀察33-35
• 2.4 力學(xué)性能測試方法35-37
• 2.4.1 顯微硬度35
• 2.4.2 拉伸性能35-37
• 第3章 深冷處理對AZ31鎂合金的組織和力學(xué)性能的影響37-52
• 3.1 引言37
• 3.2 顯微組織37-43
• 3.2.1 金相37-39
• 3.2.2 X射線衍射39-40
• 3.2.3 透射電鏡40-43
• 3.3 力學(xué)性能43-49
• 3.3.1 顯微硬度43-44
• 3.3.2 拉伸性能44-47
• 3.3.3 斷口形貌和斷裂功47-49
• 3.4 組織演變和性能改善的機理49-50
• 3.5 本章小結(jié)50-52
• 第4章 深冷后SMAT對AZ31鎂合金組織和力學(xué)性能的影響52-69
• 4.1 引言52
• 4.2 顯微組織52-56
• 4.2.1 金相52-54
• 4.2.2 X射線衍射54-55
• 4.2.3 透射電鏡55-56
• 4.3 力學(xué)性能56-64
• 4.3.1 顯微硬度56-57
• 4.3.2 拉伸性能57-61
• 4.3.3 斷口形貌和斷裂功61-63
• 4.3.4 應(yīng)變硬化行為63-64
• 4.4 SMAT過程中的表面納米化機理64-67
• 4.5 本章小結(jié)67-69
• 第5章 結(jié)論與展望69-71
• 5.1 結(jié)論69-70
• 5.2 展望70-71
• 致謝71-72
• 參考文獻(xiàn)72-77
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果77

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1124938