本文關鍵詞：合金元素影響鎂合金變形模式的第一性原理計算與實驗研究　出處：《重慶大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：鎂合金的強度較低、塑性較差是阻礙其廣泛應用的瓶頸問題。添加合金元素是提高鎂合金力學性能的重要方法之一。然而,由于缺乏合金元素影響鎂合金變形模式的深層次理解,如何選取合金元素是鎂合金設計的一大難點。位錯滑移和孿生是鎂合金塑性變形最基本的變形模式,研究合金元素對鎂合金滑移和孿生的影響,對于鎂合金設計過程中合金元素的優(yōu)化選取具有重要指導意義,將為開發(fā)新型高性能鎂合金提供科學依據(jù)。本文首先通過第一性原理計算了合金元素在鎂晶格中置換位置、四面體間隙位置和八面體間隙位置的固溶體形成能,確定合金元素在鎂晶格中最穩(wěn)定的位置。對于位錯滑移,根據(jù)固溶體形成能的結果,針對不同合金元素構建相應的超胞模型計算了Mg-X(X為合金元素)合金0110)0001(??滑移系和3211}2211{??滑移系的廣義層錯能(GSFE)。討論了合金元素通過調(diào)控GSFE,對基面a位錯的運動能力、錐面c+a位錯的形核難易程度、錐面c+a可動位錯的穩(wěn)定性的影響。對于孿生,計算了合金元素引起鎂晶格的畸變大小和合金元素Nd對}2110{孿晶位錯的強化作用。討論了影響合金元素對}2110{孿晶位錯強化效果的因素�；谟嬎憬Y果,設計了Mg-x Nd(x=0.03,0.18at%,編號為1#、2#)二元合金,通過對具有強烈擠壓纖維織構的Mg-Nd合金的室溫壓縮試驗,研究不同晶粒尺寸下鎂合金力學行為。分析討論了晶粒尺寸、合金元素含量對鎂合金中c+a位錯和}2110{孿生臨界分切應力(CRSS)的影響。探討了退火處理對孿晶結構Mg-Nd合金強度以及變形過程中位錯滑移和孿生兩種變形模式對協(xié)調(diào)應變影響。研究結果表明:①合金元素Ag、Al、Bi、Dy、Er、Ga、Gd、Ho、In、Li、Lu、Mn、Nd、Pb、Sc、Sm、Sn、Y、Yb、Zn、Zr、Si在鎂晶格中置換格點上最穩(wěn)定,H在鎂晶格中四面體間隙位置最穩(wěn)定,C、N、O在鎂晶格中八面體間隙位置最穩(wěn)定。②合金元素Al、Bi、C、Dy、Gd、H、In、Lu、N、Nd、O、Pb、Si、Sm、Sn、Y、Yb能顯著降低鎂合金基面a位錯的穩(wěn)定層錯能,限制基面位錯的交滑移而提高鎂合金的抗蠕變性能。同時這些合金元素可以提高基面I2層錯的密度,在鎂合金變形后期大量層錯可以有效阻礙位錯運動,起到層錯強化的作用。③合金元素Bi、C、Ca、H、Li、N、Nd、O、Pb、Si、Sm、Sn、Yb可以降低}2211{錐面c+a位錯的非穩(wěn)定層錯能,起到促進c+a位錯形核的作用。合金元素Al、Bi、Dy、Er、Ga、Gd、Ho、In、Li、Lu、Nd、Pb、Sm、Sn、Y、Yb、Zn能夠降低}2211{錐面c+a位錯的穩(wěn)定層錯能,起到提高可動c+a位錯穩(wěn)定性的作用。綜合考慮合金元素對c+a位錯形核難易程度、位錯可動性的影響,Bi、C、N、O、Nd、Pb、Sm、Sn、Yb是最有潛力通過調(diào)控c+a位錯來提高鎂合金力學性能的合金元素。④合金元素Ag、Dy、Er、Gd、Ho、Lu、Mn、Nd、Sm、Tm、Y、Yb、Zn具有較顯著的強化}2110{孿晶位錯的效果。合金元素Nd是強化孿晶位錯效果最好的元素,在室溫下,當Nd含量為0.03at%、0.18at%時,對孿晶位錯的強化效果分別為6MPa和23MPa。⑤平均晶粒尺寸在62~89μm范圍內(nèi),1#合金}2110{孿生的CRSS為25~19MPa。平均晶粒尺寸在33~63μm范圍內(nèi),2#合金}2110{孿生的CRSS為24~21 MPa。1#和2#合金}2110{孿生的CRSS都隨晶粒尺寸增大而減小。當1#、2#合金平均晶粒尺寸相同時(~62μm),2#合金}2110{孿生的CRSS比1#合金低4MPa,合金元素Nd對鎂合金}2110{孿生的CRSS影響不明顯。⑥平均晶粒尺寸在62~70μm范圍內(nèi),1#合金c+a位錯的CRSS為~50MPa,晶粒尺寸對c+a位錯的CRSS無明顯影響;當平均晶粒尺寸達到89μm時,c+a位錯的CRSS降低至44MPa。平均晶粒尺寸在33~63μm的范圍內(nèi),2#合金c+a位錯的CRSS為46~40 MPa,c+a位錯的CRSS隨晶粒尺寸增大而減小。當1#、2#合金平均晶粒尺寸相同時(~62μm),2#合金c+a位錯的CRSS比1#合金低~10MPa,合金元素Nd能顯著降低鎂合金c+a位錯的CRSS。⑦對于具有孿晶結構的Mg-Nd合金,可以通過退火熱處理來強化}2110{孿晶位錯,調(diào)控變形過程中滑移和孿生對協(xié)調(diào)應變的貢獻,進而提高合金的力學性能。
[Abstract]:Magnesium alloy with low strength, poor plasticity is hinder its application bottlenecks. Adding alloy elements is one of the key methods to improve mechanical properties of magnesium alloys. However, due to the lack of a deep understanding of the effect of alloy elements in magnesium alloy deformation mode, how to select the alloy elements is one of the difficulties in the design of magnesium alloy. The dislocation slip is the twin deformation mode and the most basic magnesium alloy plastic, to study the effect of alloying elements on magnesium alloy slip and twinning, has important guiding significance for the optimization design process of magnesium alloy alloy elements in the selection, will provide a scientific basis for the development of new high performance magnesium alloy. Firstly, the first principle of alloying elements in the replacement magnesium lattice were calculated, and the tetrahedral site in eight face clearance positions to form a solid solution to determine the most stable magnesium alloy elements in the lattice position. In the dislocation slip, according to the formation of solid solution can result in different alloy elements to construct the super cell model calculated Mg-X (X) 0110 alloy alloy elements (0001)?? slipand 3211}2211{?? the slip system of generalized stacking fault energy (GSFE). The alloy elements through the regulation of GSFE exercise capacity of the base of the a dislocation, c+a cone dislocation nucleation difficulty, influence the stability of cone c+a dislocation. The twins, caused by the strengthening effect of Nd magnesium alloy elements size and distortion of lattice}2110{twinning dislocation alloy element is calculated. The influence factors on strengthening effect of alloy elements}2110{twinning dislocation discussion. Based on the calculation results, the design of Mg-x Nd (x=0.03,0.18at%, No. 1#, 2#) two alloys, Mg-Nd alloy has the strong compression of the fiber texture of the room temperature compression test, the mechanical behavior of magnesium alloy on grain size of isomorphous. 鍒嗘瀽璁ㄨ浜嗘櫠綺掑昂瀵，

本文編號：1391486