不同应变率下MgAlZnY合金的拉伸性能与断口研究.pdf

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不同应变率下MgAlZnY合金的拉伸性能与断口研究1 不同应变率下MgAlZnY合金的拉伸性能与断口研究2 不同应变率下MgAlZnY合金的拉伸性能与断口研究3 不同应变率下MgAlZnY合金的拉伸性能与断口研究4 不同应变率下MgAlZnY合金的拉伸性能与断口研究5 不同应变率下MgAlZnY合金的拉伸性能与断口研究6
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 66   材料工程/2012年1期    不同应变率下MgAIZnY合金的    拉伸性能与断口研究  TensileProperty   MgA1ZnYAlloys    andFractureSurfacefor    atDifferentStrainRates     梁浩,陈勇梅,胡文军,丰杰,谭 云      (中国工程物理研究院总体工程研究所,四川绵阳621900)  — —   LIANGHao,CHENYongmei,HUWenjun,FENGJie,TANYun       (InstituteofSystemEngineering,ChinaAcademyofEngineering   Physics,Mianyang621900,Sichuan,China)          摘要:利用材料试验机开展了室温拉伸实验,在o.001,0.1,0.6s_。不同应变率下,研究了Mg3AllZn2Y,Mg3A12Zn2Y     与Mg3A16Zn2Y合金流动应力的应变率敏感性,其大小为Mg3A12Zn2Y>Mg3AllZn2Y:>Mg3A16Zn2Y。基于分形理论           和计算机图像处理技术,结合扫描电镜分析,研究了合金断裂特征,结果表明:合金在不同应变率拉伸下的断口分形行为           显著,分形维数可将断口的韧脆性与形貌特征联系起来,分形维数越大,合金塑性相对越好,合金越倾向于延性断裂,断         口形貌也越复杂;三种合金断裂特性的应变率敏感性大小为Mg3A12Zn2Y>Mg3A16Zn2Y>Mg3AllZn2Y,且表现m 正负不同的应变率效应。     关键词:镁合金;应变率;断口;分形维数  中图分类号:TG146.2  文献标识码:A  —— 文章编号:10014381(2012)01006605              Abstract:Thetensiletestswereconductedatroomtemperatureusingmaterialtestmachine.Thesensitivityof                 flowstrengthtostrainratewasresearchedatstrainratesof0.001,0.1,0.6sforMg3AllZn2Y,                    Mg3AI2Zn2YandMg3A16Zn2Y.ThesensitivitysequenceofflowstrengthisMg3A12Zn2Y>             Mg3AllZn2Y>Mg3A16Zn2Y.Therupturecharacteristicsofmagnesiumalloysweredescribedbased              — onthefractaltheoryandtechnologyofcomputerimagedisposalcombinedwithscanningelectronmi         ’    croscope.TheresultsshowthatthefractalbehaviorofthealloysfracturesurfaceiSremarkable.The              brittleness,plasticityandtheappearanceoffracturesurfacecanberelatedbythefractaldimension.       ’        — Thehigherthefractaldimension,thebetterthealloySplasticity,themorecomplexthefracturesur                faceandthealloyinclinestoductilerupture.Thesensitivitysequenceoffracturesurfacetostrainrate            isMg3AI2Zn2Y>Mg3A16Zn2Y>Mg3AllZn2Ywithpositiveornegativeeffect.       Keywords:magnesiumalloy;strainrate;fracturesurface;fractaldimension       有研究发现,一些镁合金在变形过程中拉伸与   断裂具有应变率敏感性口],该现象与其密排六方结       构有关。文献[4,5]报道了不同Al含量的镁合金   (AS21,AM60,AZ91,AM20,AM50与AM60)的应                 变率效应,初步揭示了随Al含量增加应变率敏感性          降低的现象;文献[6]报道了AMSOA,AM60B与     AZ91合金的应变率敏感性,发现了微小的应变率效        应。以上研究表明,镁合金应变率效应与成分密切 相关。          相关研究表明[7--10],适量稀土元素Y对AZ系列   镁合金的静态力学性能及微观组织有改善,含钇镁合   金成为应用研究热点。本工作以不同zn含量的三种           含钇镁合金为对象,研究其流动应力的应变率敏感性。             近年来发展起来的分形理论认为,如果材料断口               具有一定的分形特征,那么分形维数可给出断口统计             意义上的描述,这为定量比较材料断口特征提供了新              途径。而目前,将分形理论与方法用于镁合金断裂特           性研究的报道较少。本工作基于分形理论和计算机图    像处理技术l_】,编制计算材料断口形貌的MATLAB           程序,从非线性系统人手,从未简化和抽象的研究对象    本身去认识其内在规律性,将难以定量描述的镁合金               断裂特性通过定量方法表述,并在此基础上探讨断口             分形维数与伸长率的关系,从而将断口特征与材料韧    脆特性相联系。 70   材料工程/2012年1期     d一1,2,3,本研究中d取2。     图7为三种镁合金在0.001,0.6s两个应变率              下的H(r)一r关系曲线,表1为拟合的曲线方程及计              算的断口分形维数,为了考察分形维数与合金伸长率 是否存在特定关系,将三种镁合金不同应变率下的伸     长率也列入表1中。结合图4~6可知,由于合金    Zn含量不同、拉伸应变率不同,导致断口形貌呈现不              同的凹凸度、光滑度以及层次性。由线性方程相关系 数可看出,曲线线性度很好,强的相关性说明这三种镁              合金的断口分形行为显著,都是具有分形与自仿射的  表面结构。不同合金在不同应变率拉断下的断口分形       维数不同,表明其复杂程度存在差别。对于AZ31Y      合金,0.001s应变率下的断口分形维数小于0.6s     应变率,表明提高应变率增大了AZ31Y断口的复杂              程度,这可以从图4(b)与图4(d)中得到印证:图4                  (b)断口上还存在较完整的晶粒,没有明显韧窝,而              图4(d)已经具有非常明显的河流花样,同时出现等                轴韧窝,表现出一定的延性断裂特性。对于AZ32Y        合金,情况相反,提高应变率减小了断口分形维数,        表明高应变率降低了Az32Y断口的复杂程度。对            于AZ36Y合金,断口分形维数与应变率的关系同           AZ31Y,这可以从图6(b)与图6(d)中得到印证,较  高应变率引发的大量浅韧窝与针状孔洞增加了表面   复杂程度。    表1拟合方程与分形维数    ’    Table1Thecurvesequationsandfractaldimensions          图8为分形维数与伸长率的关系,可见,断口分形        维数与合金伸长率大小一致,例如:AZ36Y合金在    0.6s应变率拉伸下体现出最高的伸长率,其分形维     数为1.404,是其中最大的;而AZ32Y合金在0.6s    拉伸下伸长率最小,其分形维数为1.237,是其中最小  的。伸长率一般可在一定程度上反映材料塑性大小,  由此可见,这三种镁合金断口的分形维数将其韧脆性、   断口形貌特征联系起来,体现出如下规律:分形维数越      大,合金的塑性相对越好,合金越倾向于延性断裂,体   现的断I=I形貌也越复杂。同时,根据不同应变率下D    值的差别大小AD,可在一定程度上定量比较断裂特    性的应变率敏感性大小,由表1可知,三种合金断裂特       性的应变率敏感性大小依次为AZ32Y>AZ36Y>        AZ31Y。另外,由实验结果以及AD的正负可知,应变      率从0.001s增至0.6s_。,AZ31Y与AZ36Y合金倾   向于延性断裂,而AZ32Y合金倾向于脆性断裂,可见       该体系镁合金由于Zn含量的不同,其断裂特性表现      出正负不同的应变率效应。    3结论 Q   图8分形维数与伸长率的关系        Fig.8Relationshipbetweenfractaldimensionandelongation   AZ31Y>AZ36Y。   (2)三种合金在不同应变率拉伸下的断口分形行   为显著,可由分形维数将其韧脆性与断口形貌特征相               关联,分形维数越大,合金的塑性相对越好,合金越倾    向于延性断裂,体现的断口形貌也越复杂;三种合金断            裂特性的应变率敏感性大小依次为AZ32Y>AZ36Y         ̄AZ31Y,且表现出正负不同的应变率效应。    参考文献     —   [1]YOKOYAMAT.Impacttensilestressstraincharacteristicsof    (1)由于Zn含量不同,三种含Y的AZ系列镁合         ghtgilloys[J].Strai,2003,39(4):167175.               金流动应力应变率敏感性大小依次为AZ32Y>  (下转第76页) 76   材料工程/2012年1期 续,有利于提高合金板材的抗剥落腐蚀性能。 参考文献         [1]HOLMANMC.Autoclaveageforminglargealuminumaircraft    panels[J].MechanicalWorkingandTechnology,1989,20(9):—  477488.          —  E2]ZHUAW,STARKEJrEA.Materialsaspectsofageformingof      A1一xCualloys[J].JournalofMaterialsProcessingTechnology,—  2001。117(3):354358.         — — [3]ZHUAW,STARKEJREA.StressageingofAIxCualloys:ex — periments[J].ActaMaterialia,2011,49(12):22852295.           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