论文部分内容阅读
镁合金作为当下最轻的金属结构材料,具有高比强度、比刚度、易回收,铸造和机械加工性能优异、电磁屏蔽性好等诸多优点,能满足产品轻量化、一体化等要求,在现代交通工具、电子及通讯产品、机械等领域有着广阔的应用前景。其中,Mg-Zn-Zr系镁合金作为当下综合性能最好的高强度镁合金,而ZK61镁合金是典型的高强镁合金型号之一。在成形过程中,传统铸造方法生产的镁合金力学性能不够理想,而高应变率锻造成形能消除铸造缺陷,可大幅度提升镁合金的力学性能,但锻造成形容易引起材料的各向异性,从而限制了镁合金的推广应用。基于此,本课题对铸态及变形态ZK61镁合金在准静态及动态加载下的力学性能进行了研究,为该型号合金力学性能的提升提供一定的理论指导。本文采用空气锤对铸态ZK61镁合金进行高应变率双向锻造变形,得到了不同变形量下ZK61镁合金的组织试样,研究了该合金铸态、变形态以及不同取向试样的微观形貌、力学性能以及绝热剪切敏感性,探讨了该合金在变形限度内,变形量和取向对合金力学性能及绝热剪切敏感性的影响,得到了以下结论:高应变率锻造变形对ZK61镁合金的微观形貌影响较大。随着变形量的增加,镁合金晶粒组织中的铸造缺陷逐渐消失,晶粒尺寸逐渐细化。当变形量为15%时,晶粒内夹渣、气孔等铸造缺陷几乎消失不见,但在两相交晶界处还能观察到少许铸造缺陷;变形量为20%时,由于晶界的相互挤压作用,两相交晶界处开始出现孪晶,在个别晶粒中孪晶开始分割晶粒;变形量为30%时,孪晶相互交错分割晶粒,相交晶界处出现大量细小晶粒,但在光学显微镜下没有观察到动态再结晶晶粒;变形量为40%时,晶界处细小晶粒消失,晶粒尺寸变得均匀。在变形量为30%的锻坯中,不同取向试样的微观形貌差异较大,沿TD及ND方向的组织试样在晶界处孪晶切割形成许多细小晶粒,且TD取向出现的细小晶粒数量多于ND方向,RD取向试样的晶界处未出现细小晶粒,晶粒整体呈现拉长状态。高应变率锻造变形对ZK61镁合金的力学性能影响显著。铸态及变形态组织试样在准静态加载时的真应力-应变曲线分析表明,变形量为30%和40%的组织试样的强度较高,变形量为15%的组织试样塑性最好,变形量为40%的组织试样塑性最差,而变形量为30%的组织试样具有较好的强塑匹配性,铸态组织试样的强度及塑形处于较低位置;在动态加载下,随着变形量的增大,组织试样的强度逐渐增大,但强度变化量不大。在绝热剪切实验中,对比分析ZK61镁合金组织试样的应力-时间曲线及剪切带的形貌表明,试样的绝热剪切敏感性从高到低依次为:15%、铸态、20%、30%、40%。变形态ZK61镁合金不同取向组织试样的力学性能存在差异,在静态加载下,RD取向试样表现出最差的塑形,但它的强度最高;ND取向组织试样的塑形最好,而强度却最低;TD取向试样的强度及塑形居于中间位置。在动态加载条件下,TD、ND方向动态力学性能各向异性不明显,而RD方向和其余两个方向存在明显的动态力学性能各向异性。三种取向组织试样的力学性能存在差异,这是由于不同取向的变形机制不同。通过三种取向试样应力塌陷时间分析,其对应的绝热剪切敏感性从高到低依次为:RD、TD、ND。