固溶稀土镁合金棒材低周疲劳性能研究(2)

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致谢 18

参考文献 19

1 引言

镁合金具有比强度、比刚度高，密度小，机械性能好和可回收性好等诸多优点。这些优点使之在交通运输行业，具有巨大的吸引力，特别是，作为飞机或车辆的零部件，对于减轻重量具有重要的意义[1]。镁合金可以分为两大类即铸造镁合金与变形镁合金。与变形镁合金相比铸造镁合金具有生产率高、成形性好的优点，因此目前，其是大多数镁制品结构部件的首选。然而，铸造镁合金会有许多铸造缺陷，如缩松、缩孔，这对于构件的力学性能的将产生不利的影响[2]。而变形镁合金却可避免铸造缺陷，因此，变形镁合金和铸造镁合金相比，具有更加卓越的机械性能。大多数镁合金具有密排六方（hcp）的晶体结构，在室温下他们的滑移系数量有限。除了滑移以外，孪生是镁合金另一个重要的塑性变形机制。在密排六方结构的镁合金中，c/a的比值是1.622，{10 2}晶面上的拉伸孪晶可以由平行于基底平面的压缩应力或者由垂直于基底平面的拉伸应力激活[3]。

众所周知，拉伸孪晶存在极性，使变形镁合金拉压强度不对称。特别是对结构构件进行反向加载时，这种机械的不对称性将引起多循环不可逆变形[4,5]，会对材料性能产生不良的影响。在多晶试样中，晶体结构决定了所施加的应力相对于基底平面的取向，因此，屈服不对称和结构息息相关。例如，与变形镁合金相比，铸造镁合金由于有弱织构，其屈服不对称性要低些[6]。因此，由屈服不对称造成的问题可以通过修理织构和调整合金成分来实现。最近观察发现，在镁合金中添加钇和稀土元素，可以在热挤压过程中产生更多的随机织构[7]。随机织构的产生与再结晶机制[8,9]的粒子激发形核，甚至与作为溶质的稀土元素本身自发形核[10]有关。尽管有这些发现，但是尚不足明确解释这些材料的循环变形行为，因此需要进一步深入研究。对稀土元素对镁合金疲劳行为的影响的研究一直在进行着[5,11,12]。最近，Yang等人[5]发现，在Mg-12Gd-3T-0.5Zr合金的循环加载过程中，稀土元素的加入有助于缓和剧烈的应变，提高疲劳极限。同时，Mg-12Gd-3T-0.5Zr合金的应变疲劳寿命曲线显示了同传统镁合金类似的特征，即从低周期区到高循环区的过渡区域存在一个转折点[12]。然而，对稀土镁合金[12，13]的低周疲劳行为的研究却很少，其中包括对拉压屈服不对称对疲劳性能的影响的研究。稀土镁合金作为一种结构材料，对其低周疲劳的研究，在工程的应用中至关重要。本课题，在应变控制的条件下，对挤压Mg-10Gd-2Y-0.5Zr合金的低周疲劳行为进行了研究。为了突出稀土元素对疲劳性能的影响，以传统的变形AZ31合金作为对照。这两种合金的显微组织的演变和循环加载后的破坏行为有关，将有力地说明他们的疲劳失效机制的产生原因。研究的结果可以作为研发新型镁合金提供的依据，为镁合金的发展提供了更广阔前景。

1.1 镁合金塑性变形特征

镁属于密排六方晶体结构,在室温下只有1个滑移面(0001),也称基面、底面或密排面 ,滑移面上有个密排方向[1120]、[2110]、[1210]，即密排六方晶体在室温下只有三个滑移系，其塑性比面心和体心立方金属要低，塑性变形需要更多地依赖于滑移和孪生的协调动作，并最终受制于孪生；滑移和孪生的协调动作是镁合金塑性变形的一个重要特征[14，15，16]。在室温下，镁合金的塑性较差，变形困难，且容易出现变形缺陷，是镁合金自身性质决定的，也是制约镁合金塑性变形的本质原因[17,18]。