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1、第卷第期材料研究学报年月轧制组织对镁合金疲劳性能的影响曾荣昌韩恩厚刘路徐永波柯伟中国科学院金属研究所腐蚀与防护国家重点实验室摘要研究了轧制后挤压镁合金的组织对其机械性能和疲劳裂纹扩展性能的影响实验表明轧制使晶粒细化,强度显著提高沿纵轴轧制方向出现大量等轴孪晶组织,而在横向原来的孪晶组织消失对于存在大量孪晶组织的方向,其抗拉强度明显低于其它方向轧制的横向疲劳裂纹扩展速度明显地高于纵向当疲劳裂纹尖端塑性区的尺寸与组织的晶粒度接近时,挤压组织中晶粒大小的不均匀引起裂纹分叉,裂纹分叉和粗糙度诱发的裂纹闭合对疲劳裂纹扩展产生严重的阻滞作用在
2、挤压镁合金的疲劳裂纹扩展速度与应力强度因子范围乙的关系曲线上出现拐·‘“点乙二、疲劳裂纹扩展为沿晶和穿晶混合方式,,,力学性能关键词金属材料镁合金轧制和疲劳裂纹扩展分类号,文章编号一一一毛认飞亡亡亡‘,、。,、印。。扭云二。乞。。乞,忍已。。坛,二,。夕了。冰一,,,,一,饰,卜卜,,一,··『乙,卿,,国家八六三计划新材料领域资助项目住年月日收到初稿年月日收到修改稿本文联系人曾荣昌,沈阳市,中国科学院金属研究所南区材料研究学报卷由于环境保护的要求和汽车轻量化的趋势,镁合金得到越来越广泛的应用一镁和镁合,】,金变形非常困难目前镁合
3、金压铸件占使用量的但是变形镁合金具有比压铸镁合金更高的力学性能是汽车轮毅的首选材料,具有一定的力学强度、较好的韧性以及良好的疲劳性能和耐蚀性能但强度明显地不够研究了铸造高周疲劳机制和,例研究了在真空和空气中的疲劳裂纹近门槛慢速扩展。一行为以及铸件的缺陷对疲劳性能的影响提高材料强度的途径通常有合金化如添加合金元素、、稀土元素等和工艺处理如快速凝固、时效热处理、挤压、等通道角挤压、轧制及粉末冶金彭立明等’在中添加少量富钵混合稀土,显著提高了其抗拉强度和屈服强度本文通过轧制细化的组织,研究晶粒的大小和分布对其疲劳裂纹扩展性能的影响实验方
4、法,,,实验用材料为挤压板材原始尺寸其成分质量分数为,未变形试样记作一将试件于在炉中℃预热保温,然后在轧辊直径为的轧机上轧制,压下量为道,终轧厚度为分别从纵向、横向两个方向取样进行金相组织显微观察,刻蚀液由乙酸、苦味酸、乙醇和蒸馏水溶液配制晶粒度大小根据截线法进行测定拉伸试验一一,一根据在型拉伸机上进行开始应变速率为试样为板状,标距疲劳试验在室温下在型液压伺服疲劳机上进行试样为口板状试样加载频率二,载荷单边缺比使用长距离显微镜原位测量裂纹长度结果与讨论由图可见,挤压的组织形貌为不均匀组织,其纵向组织为大小悬殊的等轴再结晶,拼,拼,
5、拼,晶粒大晶粒的尺寸约小晶粒约平均尺寸约为在晶界有许多未来得及长大的细晶粒,还有极少量的孪晶图横向组织大体与纵向相似,但有少量的孪晶组织图因为热挤压成型时板材过厚,冷却速度较慢,再结晶完成时还存在部分激活能,使部分晶粒得以继续长大,导致晶粒大小不等在热挤压过程中,受到的横向压应力远大于纵向的压应力,所以横向的孪晶组织多图表明,在纵向可见高密度等轴孪晶晶粒,其大小分布类似于原始的挤压组织,还存在不均匀性,平均晶粒尺寸约为拼,只有极少量的晶粒为非孪晶晶粒,在晶界可见到细小晶粒图横向则几乎未见孪晶组织,组织均匀性较好,晶粒大小约为拼图对
6、于镁合,。。,,,,‘金因其当具有压应力分量时能发生孪生变形在轧制过程中受到的压应力使滑移,面趋向平行轧制平面纵向所以纵向在反复的压应力作用下产生了密集的孪晶组织由于受到与挤压过程反向的压应力,所以在横向原来的孪晶组织消失轧制,显著地提高了的力学强度表这是晶界强化和位错强化的结果挤压的横向强度低于纵向强度,横向屈服强度只有纵向的其原因是在挤压过程中,大多数六方镁晶粒基,巨面倾向于与挤压方向平行并与挤压表面垂直即沿横向比沿纵向更容易发生塑性变形沿横向加载时,基面承受了很大的剪切应力而沿纵向加载时,几乎没有任何剪切期曾荣昌等轧制组织对
7、镁合金疲劳性能的影响一图挤压纵向和横向组织的金相照片一一图轧制纵向和横向组织的金相照片一表镁合金的力学性能口口一‘山一一一一一一肠材料研究学报卷应力作用在基面上轧制横向强度高于纵向强度,是因为晶粒在滑移面仍趋向平行,轧制平面在拉伸载荷作用下沿纵向存在的大量孪晶晶粒更容易滑移,以致于降低了塑性变形的抗力从图可以看出,一纵向的疲劳裂纹扩展速度比横向的疲劳裂纹扩展速度低,这是因为纵向的组织晶粒度比横向的大晶粒越细小,裂纹扩展穿过晶界所需的能量较少,扩展速一度自然比粗晶粒快于的疲劳裂纹扩展速度高于或相当于的疲劳裂纹扩一,展速度图图为疲劳试
8、样试验前经过抛光处理的疲劳裂纹扩展路径形貌同一时可见到裂纹附近的位错滑移线和孪生形貌图为疲劳试样经过刻蚀后的裂纹扩展形貌及位错滑移以及孪生组织可见密集的持久滑移带在裂纹附近产生这是因为在裂尖产生局部的塑性变形,只有取向有利的晶粒的位错才能沿基面滑移
