固溶稀土镁合金棒材低周疲劳性能研究(3)

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1.2 镁合金塑性变形的机制

镁合金在塑性变形过程涉及滑移、孪生和晶界滑动三种变形机制。下面就来简单介绍一下三种变形机制。

1.2.1 镁合金塑性变形的滑移机制

多晶镁合金在外力作用下发生塑性变形时,会沿滑移面发生滑移, 滑移的本质是位错的运动[19,20]。晶体开始滑移必须有一定大小的临界切应力。镁在不同滑移面上的临界切应力与温度有密切关系。在室温下,产生基面{0001}〈1120〉滑移的临界切应力要比棱柱滑移面的临界切应力低一个数量级, 因此只有基面滑移产生。在较高温度(493K)下, 棱柱滑移面的临界切应力下降, 才产生{0001}〈1120〉滑移[21]。

密排六方晶体结构的镁中位错运动速率对应力敏感,在应力有稍许提高时, 位错运动的速率会大幅度增加,同时,在形变过程中位错密度也随应变增加而增殖。位错的运动和增殖会使位错在变形过程中很快互相缠结、钉扎以及受晶界的阻碍而终止运动。如果镁合的变形是在高温下进行,当滑移受阻时,位错可以通过交滑移运动,所以在较高温度下镁晶体通过滑移进行塑性变形比较容易。

1.2.2 镁合金塑性变形的孪生机制

除滑移外, 镁合金塑性变形的另一种方式就是孪生[22]。与滑移类似, 孪生的切变也是沿着特定的晶面和特定的晶体方向发生,镁的孪生面为{1012},孪生方向为〈1011〉。

变形时孪生是否出现和晶体的对称性有密切关系。属于六方晶体结构的镁在室温下基面滑移的临界切应力虽然比孪生所需要的切应力低,但由于其对称性较低,滑移系统少,在晶体取向不利于滑移时,孪生就成为另一种重要的塑性变形方式。孪生所引起的晶体变形量并不大,因此它对镁晶体形变的影响与滑移相比只占次要地位,一般对总变形量的贡献不超过10%。由于多晶体镁合金中晶体取向的随机性,在变形初期晶粒往往需要进行不断的调整以有利于变形时滑移的发生, 因此在从铸态组织转变为变形组织这一变形初始阶段,镁的基体中容易发生大量的孪生，随变形的进行,在严重变形时孪生会更多,孪晶的尺寸会减小,孪晶也会相互碰撞,TEM观察可见变形组织中大量的孪晶像。孪生变形对镁合金板材轧制是十分有利的,通过孪生的协调作用有利于滑移进一步发展,从而使镁合金具备一定的轧制变形能力。

1.2.3 镁合金塑性变形的晶界滑动机制

滑移和孪生是镁合金常见的塑性变形机制,但常规镁合金的塑性并不好,变形时非常容易断裂,尤其在室温下变形能力很差。添加稀土的AZ31RE镁合金室温拉伸时延伸率获得大幅度的提高,都超过20%,这是相同变形条件下普通商用镁合金的3～4倍[23，24],仅依靠滑移和孪生这两种变形方式是不足以提供镁合金充分的变形能力的。

大尺寸晶粒塑性变形机制是镁合金中典型的滑移和孪生机制, 而在含有小尺寸晶粒镁合金中,小晶粒可以增加滑动的晶界表面积，从而使变形容易，通过晶粒间晶界的滑动协助大晶粒变形, 两种机制共同作用提高了合金的变形能力。

1.3稀土镁合金的特点、应用及现状

1.3.1稀土在镁合金中的作用机理

稀土对以有色金属为基的各种合金都具有良好的影响，即可以改善合金的物理性能和机械性能。稀土对有色金属合金性能的影响是基于它的变性作用、钝化作用以及与一系列低熔点杂质形成难熔化合物的能力。加入适量的稀土合金元素可以提高合金室温及高温机械性能。论文网

铸造镁合金中加入稀土元素，稀土元素由于具有（1）对碳、氧、氮、硫的其他杂质元素的高度亲和力；（2）大的原子尺寸，有利于晶粒细化；（3）蒸汽压低；（4）有形成合金的能力等特点，稀土元素与镁在富镁端形成金属间化合物(共晶或包晶),与此同时,还可以降低碳、氮、氧、硫等有害杂质的影响,减少气孔、降低气孔率,提高铸态合金的质量,其具体作用如下: