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作者：

郭伟

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摘要：

镁合金作为一种轻质合金以其低密度高比强度等优点,在飞机、导弹、飞船、卫星等航空航天类零部件上具有广阔的应用前景。然而,航空航天类飞行器在运行过程中不仅要应对强磁场、强辐射环境,还要经受太空中的低温环境,因此要求材料具有良好的低温力学性能。当前国内外对于镁合金性能的研究主要集中在室温及以上温度,而关于镁合金低温性能方面的研究却很少。为进一步扩大传统变形镁合金的使用范围,开展对适合在低温条件下使用的变形镁合金的研究,对于更加广泛地推广其在航空航天领域和其它低温环境中的应用具有积极的现实意义。本文采用工艺研究较为成熟的商业变形镁合金,主要是AZ31镁合金挤压板材和AZ61、AZ80、ZK60镁合金挤压棒材作为研究对象,分别在不同低温(室温及以下)环境下进行拉伸实验,考察其拉伸力学性能随温度的变化规律,对其在低温环境下的服役行为进行客观评价,并对合金的低温力学行为和断裂机制进行分析。通过金相显微镜(OM)对合金在低温下显微组织变化情况进行探讨,利用扫描显微镜(SEM)对其拉伸断口形貌进行观察,分析讨论不同合金在低温下的断裂机制。主要研究内容和结果如下:(1)对AZ31镁合金挤压板材分别在20℃、-40℃、-90℃、-120℃、-196℃温度下进行拉伸,随拉伸温度的降低,合金呈现出强度不断升高,延伸率缓慢下降的趋势。在-196℃拉伸时,抗拉强度较室温提高了120MPa,屈服强度提高了79MPa,延伸率由室温的17.21%下降到12.25%,说明AZ31镁合金挤压板材在低温下依然可以保持很好的拉伸力学性能,为其在低温下的应用提供了可能性。(2)AZ61、AZ80和ZK60镁合金挤压棒材在20℃、-40℃、-80℃、-120℃的强度值随拉伸温度降低而升高,其中具有最小晶粒尺寸的ZK60镁合金的强度上升幅度最大。AZ80和ZK60镁合金随拉伸温度降低延伸率有小幅下降,AZ61镁合金的低温延伸率要稍高于室温。(3)AZ31和ZK60镁合金在20℃和-40℃拉伸断口组织中有较多孪晶的存在,随温度降低孪晶数目不断减少,在-80℃及以下温度已基本没有孪晶;AZ61镁合金在-120℃~20℃温度区间变形时,有大量孪生参与变形;AZ80镁合金在室温及以下温度拉伸断口组织中没有发现任何孪晶。(4)挤压态AZ31、AZ61和ZK60镁合金在室温下断裂方式为塑性断裂,低温下均能保持较好的延伸率,低温断裂方式为塑性断裂与解理断裂并存的混合断裂。挤压态AZ80镁合金室温断裂机制为微孔聚集型断裂,低温下为沿晶断裂机制。

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关键词：

变形镁合金；低温环境；力学行为；断裂机制；显微组织

学位级别：

硕士

DOI：

CNKI:CDMD:2.1016.732069