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搅拌摩擦加工对镁合金组织与性能的影响

2020-11-29阅读(542)

搅拌摩擦加工对镁合金组织与性能的影响

论文摘要

制备两种镁合金AZ91、Mg-Zn-Nd-Zr合金板材,分别对它们进行搅拌摩擦加工（Friction stir processing,FSP）处理。对AZ91镁合金进行拉伸实验、显微组织分析及拉伸断口形貌分析,研究FSP处理对该合金的显微组织和拉伸性能及微观断裂机制的影响;对Mg-Zn-Nd-Zr合金进行室温和高温拉伸实验,研究FSP处理对该合金室温与高温拉伸性能的影响,并利用Hopkinson压杆实验装置对FSP处理前后的Mg-Zn-Nd-Zr合金进行冲击实验,测定不同应变率下该合金的应力-应变曲线和动态性能,研究FSP处理对该合金动态力学性能的影响。得到的主要研究结果如下:（1）搅拌摩擦加工用于AZ91镁合金的改性是有效可行的,经FSP处理后,AZ91镁合金的力学性能得到显著提高,分析表明,合金性能的提高主要是合金的变形强化、晶粒的细化和β-Mg17Al12相的强化所致,而晶粒的细化主要是在FSP加工过程中合金组织发生了动态再结晶所致。通过不同工艺参数FSP处理后的组织与性能分析得出800rpm-100mm/min工艺参数是该合金FSP处理的较合理的工艺参数。AZ91镁合会经800rpm-100mm/min工艺参数FSP处理后获得了细小、均匀的等轴晶组织,与母材相比,延伸率提高了15.1%,抗拉强度增加了179.7MPa,屈服强度增加了32.3MPa。（2）将搅拌摩擦加工技术用于Mg-Zn-Nd-Zr合金的改性也是有效可行的,在800rpm-200mm/min、1000rpm-100mm/min、1200rpm-100mm/min三种工艺参数FSP处理过程中该合金也发生了动态再结晶,FSP加工后的组织均匀细小,静态力学性能测试结果显示,经FSP处理后该合会的塑性和强度得到了很大改善,且1200rpm-100mm/min的工艺参数是该合金的较合理的FSP处理参数,与母材相比,室温拉伸条件下延伸率提高了3.6%,.断面收缩率提高了5.4%,屈服强度提高了91MPa,抗拉强度提高了76.2MPa;在170℃高温拉伸条件下延伸率提高了6.4%,断面收缩率提高了3.4%,屈服强度提高了81.7MPa,抗拉强度提高了70MPa。（3）利用Hopkinson压杆,对FSP处理前后的Mg-Zn-Nd-Zr合金进行冲击实验,测得该合会高应变率下的应力-应变曲线。结果表明,在高应变率冲击作用下,用短弹和长弹冲击加载后的母材均表现出了明显的应变率强化效应,而FSP处理之后合金的动态应力-应变行为对应变率不敏感:与母材相比,在相近应变率下,FSP处理之后合金的屈服强度有明显的提高;而且在高速加载条件下,FSP处理前后Mg-Zn-Nd-Zr合金的屈服强度均比静态拉伸条件下的屈服强度明显提高。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 镁合金的研究现状及其应用
  • 1.1.1 镁及镁合金的特点
  • 1.1.2 镁合金分类
  • 1.1.3 镁合金的研究现状及发展前景
  • 1.1.4 镁合金的应用
  • 1.2 搅拌摩擦加工技术及其应用
  • 1.2.1 搅拌摩擦加工技术及其工作原理
  • 1.2.2 搅拌摩擦加工技术的应用
  • 1.3 材料的动态变形行为
  • 1.3.1 材料性能评价中的加载速率的概念
  • 1.3.2 材料应力-应变形为的应变率效应
  • 1.4.本文的主要工作
  • 第2章 实验材料及实验方法
  • 2.1 实验材料
  • 2.2 实验方法
  • 2.2.1 合金的FSP处理
  • 2.2.2 合金的显微组织观察
  • 2.2.3 合金的力学性能测试
  • 2.2.4 断口分析
  • 2.3 实验方案
  • 2.4 本章小结
  • 第3章 FSP处理后AZ91镁合金的组织与性能
  • 3.1 AZ91镁合金的FSP处理
  • 3.2 AZ91镁合金的原始组织
  • 3.3 FSP加工后AZ91镁合金的显微组织
  • 3.4 FSP处理对AZ91镁合金力学性能的影响
  • 3.5 AZ91镁合金FSP加工后的拉伸断裂特征与断裂机制分析
  • 3.6 本章小结
  • 第4章 FSP加工对Mg-Nd-Zn-Zr合金组织与性能的影响
  • 4.1 Mg-Nd-Zn-Zr合金的FSP处理
  • 4.2 FSP处理对Mg-Zn-Nd-Zr合金组织的影响
  • 4.2.1 Mg-Zn-Nd-Zr合金母材的显微组织
  • 4.2.2 FSP处理对Mg-Zn-Nd-Zr合金显微组织的影响
  • 4.3 FSP处理对Mg-Zn-Nd-Zr合金拉伸性能的影响
  • 4.3.1 FSP处理对Mg-Zn-Nd-Zr合金室温拉伸性能的影响
  • 4.3.2 拉伸实验后Mg-Zn-Nd-Zr合金的显微组织
  • 4.3.3 FSP对Mg-Zn-Nd-Zr合金高温力学性能的影响
  • 4.3.4 高温拉伸实验后Mg-Zn-Nd-Zr合金的显微组织
  • 4.4 FSP加工后Mg-Zn-Nd-Zr合金的断口分析
  • 4.4.1 FSP加工后Mg-Zn-Nd-Zr合金的室温拉伸断口分析
  • 4.4.2 FSP加工后Mg-Nd-Zn-Zr合金的高温拉伸断口分析
  • 4.5 本章小结
  • 第5章 FSP处理后Mg-Zn-Nd-Zr合金的动态应力-应变行为
  • 5.1 Hopkinson压杆测试系统及其工作原理
  • 5.1.1 Hopkinson压杆测试系统
  • 5.1.2 Hopkinson压杆实验装置的工作原理
  • 5.2 材料动态应力-应变关系的测定
  • 5.3 FSP加工处理对Mg-Zn-Nd-Zr合金的动态应力-应变行为的影响
  • 5.3.1 FSP处理前后Mg-Zn-Nd-Zr合金的动态应力-应变行为
  • 5.3.2 高应变率下冲击后不同状态Mg-Zn-Nd-Zr合金的显微组织
  • 5.3.3 高应变率下Mg-Nd-Zn-Zr稀土镁合金的冲击断口与分析
  • 5.3.4 FSP处理前后Mg-Zn-Nd-Zr合金动态变形行为的应变率效应分析
  • 5.4 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文

    • 相关论文文献

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