研究应变速率对Mg-2Y-0.6Nd-0.6Zr合金动态压缩性能和组织各向异性的影响.docx

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摘要

本文主要介绍了镁及镁合金的基本性质，特点及国内外研究现状及发展趋势，实验采用了Mg-2Y-0.6Nd-0.6Zr材料，经轧制+退火处理、分离式霍普金森压杆动态压缩实验后，截取6个6×6mm的圆柱试样并沿其轴线将其分开，选取TD、ND和RD共三个方向分别观察试样的微观组织结构和真应力-真应变曲线，研究镁合金不同的取向试样的动态力学特性及变形机理，再对试样进行维氏硬度测试。通过分析镁合金在高应变速率下的真应变-真应力曲线和试样对应的金相组织图发现，在高应变速率条件下，动态力学性能在RD和TD方向的各向异性不明显，而在ND方向的各向异性明显；随着应变速率的增加，ND方向的孪晶数目缓慢增加，TD和RD方向孪晶数量均有所减少。当镁合金处于同一方向不同应变速率时，ND方向的孪晶体积分数随应变速率的增大而稍微增大，孪晶数量也逐渐增多；硬度测试实验结果显示，在同一应变速率下ND取向试样硬度最高，且随应变速率的升高，ND取向试样硬度增大，说明镁合金组织的ND取样方向的表面抵抗塑性变形的能力比TD、RD强且塑性变形较困难。

关键词：应变速率，Mg-2Y-0.6Nd-0.6Zr，动态压缩，组织各向异性

第一章绪论

1.1本文研究背景及意义

变形镁合金具有一系列优良的性能，如低密度、高比强度、比刚度，良好的导热性和散热性等，被称为“21世纪绿色金属结构材料”，但由于镁合金的力学性能较铝材、钢材等差，后续加工工艺也较困难，并且我国的镁合金加工技术尚未完善，产品应用和推广空间因此也受到了极大的限制，主要表现在以下几个方面：（1）其绝对强度低，高温力学性能差。当温度升高时，其强度和抗蠕变性大幅度降低（2）室温塑性低，变形加工能力差（3）化学活性高，易氧化和燃烧，难以冶炼（4）耐腐蚀性差，缺乏有效的防腐方法；因此，如何突破这些限制成为当下研究人员的首要任务。随着社会科学的发展，我国近年来也开始着重研究和开发关于镁合金的材料，通过研究人员的不懈努力一系列加工技术难题正在被不断突破。镁合金的应用领域也在不断的扩大，例如从原先的航空航天、军用工业领域逐步扩展为民用产业上，如今的镁合金材料已经与人类的生活密不可分，大部分的生活用品都需要镁合金来制作，镁合金材料对于人类存在着不可预估的应用价值。

本文通过研究对Mg-2Y-0.6Nd-0.6Zr合金在不同应变速率下进行处理，通过对镁合金试样进行轧制、退火热处

理、霍普金森压杆及硬度测试等几项实验，探究出应变速率对Mg-2Y-0.6Nd-0.6Zr合金的动态压缩力学性能和组织各向异性的影响，从而发现镁合金作为结构材料还有哪些力学性能上的不足，借此探索出一条拓宽应变速率提升镁合金综合力学性能的多方面途径，为镁合金能运用到更广泛的领域贡献些微力量。

1.2镁合金材料的国内外研究现状与发展方向

镁合金的运用与讨论已伴随人们一百多年，早在20世纪40年代镁合金就已经成为人们军事领域武器的重要制备材料，使人类的军事武器登上一个新的台阶。至此以后，人们又逐渐将镁合金材料应用到民用工业方面，出现在人们的日常生活中。众所周知，我国是能源大国，随着社会科学技术等不断发展，地球上的其它矿产资源变得越来越稀缺，拥有丰富镁资源的我国也逐渐把如何合理开发和利用镁资源变为当下的研究热点。

尽管镁合金拥有着许多的优点，被誉为“二十一世纪绿色金属结构材料”，但镁合金室温塑性差、耐蚀性差、易燃烧、弹性模数低等缺点也时常令人们头疼，因此，人们开始把研究重点放在了开发出比镁合金材料质量更轻、塑韧性更好、比强度更高、具有更好的铸造性能和切削性能的材料上，随着人们的不断研究，该研究工作也取得了阶段性的进展进入21世纪后，通过研究人员的不断尝试，镁合金材料将会朝着以下几个方面发展：

加强半固态预成型材料及设备的研究与应用工作，提高镁合金的性能特点，推进镁合金材料工业领域发展。其优点为：1）材料成形的温度较低，保温时间较短，对模具的热腐蚀性能较小；2）凝固的液体太少限制材料孔隙的收缩；3）预成型材料的生产周期短暂。

提升镁合金材料的耐热性能。目前我国使用最普遍的耐热镁合金其上限温度可达200~250℃，而当需要长期服役温度超出上限温度时，国内目前尚无满足要求的合金系列可供选择。因此提高镁合金材料的耐热温限也显得尤为重要。未来耐热镁合金的发展也集中在以下几个方面：1）采用大塑性成型工艺，如扭转挤压、单相挤压等措施提高镁合金材料的耐热性能。2）加强低成本镁合金的开发，研究低成本稀土元素对镁合金耐热性的影响。3）可采用新的热处理加工技术和置办工艺设备来提高耐热镁合金的温限范围。

开发与研究新型镁基复合功能材料。相较于传统的铝基材料或其它金属材料，镁基复合功能材料的尺寸稳定性和铸造切削性能更加优异，还具有高耐磨、耐冲