5A02鋁合金在極端變形條件下的微結(jié)構(gòu)演變.pdf

1、現(xiàn)代制造技術(shù)使得材料與結(jié)構(gòu)的輕量化成為新型結(jié)構(gòu)的設(shè)計主流。鋁合金是一種輕型金屬材料，廣泛應(yīng)用于航天航空、汽車、船舶等制造領(lǐng)域。目前，新型高速成形技術(shù)已成為鋁合金工業(yè)制造的重要加工方法，但由此帶來的高應(yīng)變率、大應(yīng)變、無接觸加載等加工條件勢必影響鋁合金的微觀組織結(jié)構(gòu)及成形件力學(xué)性能?；谏鲜鲅芯勘尘?，本文擬以5A02鋁合金為研究對象，采用準靜態(tài)、霍普金森壓桿研究大應(yīng)變對該鋁合金的微觀組織結(jié)構(gòu)的影響；基于電磁成形技術(shù)，通過特殊實驗設(shè)計，研究高

2、應(yīng)變率條件下，電磁力、機械力加載方式對鋁合金塑性變形機制的影響。最后對塑性變形獲得的不同微觀組織結(jié)構(gòu)樣品進行性能測試。主要發(fā)現(xiàn)如下：
　　首先，本文分別采用萬能力學(xué)試驗機、霍普金森壓桿進行準靜態(tài)及動態(tài)加載實驗。對獲得的具有相同塑性應(yīng)變的樣品，進行織構(gòu)（EBS D）及透射電鏡（TEM）分析，研究大應(yīng)變對材料織構(gòu)及微觀組織結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：準靜態(tài)及動態(tài)加載條件下，當應(yīng)變低于0.6時，變形鋁合金的微觀組織結(jié)構(gòu)全部為位錯組態(tài)；但當應(yīng)變

3、增加至0.85時，在其微觀組織中發(fā)現(xiàn)了納米孿晶結(jié)構(gòu)。本文根據(jù)納米孿晶的形成機理，對粗晶鋁合金中出現(xiàn)納米孿晶這一現(xiàn)象進行了解釋，納米孿晶在應(yīng)力集中區(qū)域由多層錯的相互疊加形成。
　　考慮到電磁驅(qū)動（無接觸）與傳統(tǒng)機械驅(qū)動高速變形具有完全不同的加載方式，這可能會帶來不同的變形機制及微觀組織結(jié)構(gòu)演變。針對這一科學(xué)問題，本文在前期研究基礎(chǔ)上，進一步研究了電磁、機械驅(qū)動對5A02鋁合金變形機理的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：電磁驅(qū)動高速變形鋁合金同時具有銅

4、型織構(gòu)和黃銅型織構(gòu)，而機械驅(qū)動高速變形鋁合金樣品中銅型織構(gòu)消失，這表明電磁驅(qū)動試樣變形發(fā)生大量交滑移，而機械驅(qū)動沒有發(fā)生大量交滑移。透射電鏡結(jié)果發(fā)現(xiàn)，電磁驅(qū)動高速變形樣品的微結(jié)構(gòu)以位錯胞狀結(jié)構(gòu)為主，表現(xiàn)為波滑移機制，而機械驅(qū)動高速變形樣品的微結(jié)構(gòu)位錯墻結(jié)構(gòu)為主，表現(xiàn)為平面滑移機制。針對上述現(xiàn)象，本文根據(jù)短程有序結(jié)構(gòu)（SRO）理論與晶體滑移系開動原理進行理論分析。材料內(nèi)部偏聚的 SRO結(jié)構(gòu)阻礙位錯運動造成機械驅(qū)動高速變形樣品以平面滑移為主

5、，而電磁力開動更多滑移系致使電磁驅(qū)動高速變形樣品發(fā)生波滑移。
　　對電磁、機械驅(qū)動高速變形獲得的具有不同微觀組織結(jié)構(gòu)的鋁合金樣品，本文進一步分析了微觀組織結(jié)構(gòu)對成形件性能的影響。如采用微壓痕測試儀進行硬度測試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與未變形樣品相比，高速變形樣品發(fā)生了加工硬化，但電磁、機械驅(qū)動樣品的硬度值差異較小。采用電化學(xué)實驗進行腐蝕測試，電磁、機械驅(qū)動樣品的點蝕電位與原始樣品相當，兩種試樣都具有較好的腐蝕性能。針對以上結(jié)果，本文從微觀結(jié)構(gòu)