發(fā)布時(shí)間：2018-03-31 08:21

  本文選題：AZ31B鎂合金　切入點(diǎn)：紅外熱像法　出處：《太原理工大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：鎂合金是常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)材料中密度最小的金屬材料,基于密度低的優(yōu)勢(shì),鎂合金的應(yīng)用得到各領(lǐng)域廣泛的重視。隨著鎂合金成型工藝的研究,鎂合金的綜合力學(xué)性能得到進(jìn)一步提高,鎂合金在交通運(yùn)輸,醫(yī)療,以及航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用更加廣泛。鎂合金的的晶體結(jié)構(gòu)為密排六方結(jié)構(gòu),滑移系少,材料的塑性、斷裂韌度比較差,變形過(guò)程中有明顯的孿生現(xiàn)象。因此,研究鎂合金的動(dòng)靜斷裂行為對(duì)鎂合金的應(yīng)用具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的意義。借助于先進(jìn)無(wú)損檢測(cè)手段,即紅外熱成像技術(shù)與聲發(fā)射技術(shù)(AE),研究固體材料變形過(guò)程能量耗散引起的材料表面溫度變化和位錯(cuò)滑移、孿生以及裂紋萌生現(xiàn)象產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào),利用紅外溫度特征和聲發(fā)射信號(hào)對(duì)材料的相關(guān)力學(xué)性能進(jìn)行分析,可以對(duì)材料及其焊接結(jié)構(gòu)在靜載或者動(dòng)載作用過(guò)程的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與分析,研究對(duì)于保證材料結(jié)構(gòu)在服役過(guò)程的安全具有重要的意義。本文采用紅外熱像與聲發(fā)射方法分別對(duì)AZ31B鎂合金斷裂韌度試驗(yàn)過(guò)程中試件表面的溫度分布特征和斷裂過(guò)程裂紋尖端釋放的聲發(fā)射信號(hào)特征進(jìn)行了研究,分析了鎂合金靜態(tài)和動(dòng)態(tài)斷裂過(guò)程的斷裂行為。此外,用紅外熱成像技術(shù)研究了鎂合金軸向拉伸和三點(diǎn)彎曲疲勞行為。試驗(yàn)獲得了AZ31B鎂合金斷裂韌度試驗(yàn)的載荷-裂紋張開(kāi)位移(P-V)曲線,試樣的拉伸曲線以及三點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)的應(yīng)力壽命曲線(S-N)。借助于紅外和聲發(fā)射技術(shù),獲得了斷裂韌度試樣在斷裂韌度測(cè)試過(guò)程的表面溫度變化曲線和AE信號(hào)演化相關(guān)曲線。在拉伸和疲勞測(cè)試過(guò)程中,用紅外熱成像技術(shù)獲得了試樣的靜態(tài)軸向拉伸過(guò)程中溫度變化曲線,以及三點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)過(guò)程中試樣拉伸區(qū)的溫度演化相關(guān)曲線。斷裂韌度試驗(yàn)是一種典型的靜態(tài)斷裂過(guò)程,斷裂過(guò)程中伴隨著相對(duì)明顯的能量累積與釋放過(guò)程。因此,本文同時(shí)采用上文提到的紅外與聲發(fā)射方法對(duì)鎂合金斷裂韌度試驗(yàn)過(guò)程的紅外和ae特征進(jìn)行了研究。試驗(yàn)獲得了az31b鎂合金斷裂韌度試驗(yàn)的載荷-裂紋張開(kāi)位移(p-v)曲線。借助于紅外和ae技術(shù),獲得了斷裂韌度試樣在斷裂韌度測(cè)試過(guò)程的表面溫度變化曲線和ae信號(hào)演化相關(guān)曲線,結(jié)果表明,az31b鎂合金斷裂韌度試驗(yàn)的p-v曲線,t-t曲線以及累計(jì)振鈴計(jì)數(shù)時(shí)間曲線(ccum-t)都可分為三個(gè)階段,第一,第二階段的時(shí)域分界點(diǎn)重合,而且拉伸孿晶在試樣斷裂過(guò)程起到重要的作用。在裂紋萌生達(dá)到最大載荷之前,在載荷位移曲線上可以看到明顯的非線性變形和加工硬化現(xiàn)象。根據(jù)斷裂曲線,微觀結(jié)構(gòu)演化和ebsd分析表明拉伸孿晶-{1012}主要出現(xiàn)在金屬裂紋尖端之前的區(qū)域。此外,研究證明拉伸孿晶通過(guò)減少裂紋在三維方向的擴(kuò)展在增強(qiáng)缺口斷裂試樣的斷裂韌度起到關(guān)鍵的作用。采用ebsd和sem對(duì)az31b合金的微觀組織進(jìn)行了分析,結(jié)合ae信號(hào)的特征與微觀組織。討論ae源產(chǎn)生,得出試樣斷裂在不同階段具有不同形式的損傷機(jī)理。在三個(gè)階段的損傷機(jī)理如下:第一階段p-v曲線的特征是線性上升,變形以位錯(cuò)滑移為主,由于變形量很小,只產(chǎn)生少量的孿晶;第二階段曲線為非線性上升,在這一階段為了協(xié)調(diào)變形,鎂合金產(chǎn)生了大量的孿晶;最后是試樣失穩(wěn)階段,載荷下降,裂紋擴(kuò)展迅速。此外,用紅外熱成像技術(shù)研究了鎂合金軸向拉伸和三點(diǎn)彎曲疲勞行為,獲得了試樣的拉伸曲線以及三點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)的應(yīng)力壽命曲線(s-n)。在az31b準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗(yàn)中,用紅外熱成像系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄試樣表面溫度的變化數(shù)據(jù)。討論了az31b鎂合金的拉伸曲線和溫度變化曲線之間的聯(lián)系,對(duì)拉伸試驗(yàn)過(guò)程中試樣表面溫度變化的機(jī)理進(jìn)行了分析,并根據(jù)熱彈性效應(yīng)提出了采用試樣變形過(guò)程的溫度變化曲線估算鎂合金彈性極限的方法,以及利用溫升變化速率預(yù)測(cè)試樣變形過(guò)程應(yīng)力集中系數(shù)的公式。為了研究AZ31B鎂合金動(dòng)態(tài)斷裂行為,本文分析了AZ31B鎂合金三點(diǎn)彎曲疲勞行為。在疲勞過(guò)程中,用紅外熱像儀實(shí)時(shí)記錄了試樣表面溫度變化數(shù)據(jù)。對(duì)產(chǎn)熱和傳熱特征進(jìn)行了描述,并且分析了溫度和應(yīng)力之間的關(guān)系。三點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)過(guò)程中,試驗(yàn)表面溫度演變經(jīng)歷了四個(gè)階段:(Ⅰ)初始溫升階段,(Ⅱ)溫度下降階段,(Ⅲ)溫度穩(wěn)定階段,(Ⅳ)溫度突升階段。用掃面顯微鏡試樣斷口進(jìn)行了分析,結(jié)果顯示試樣斷裂機(jī)理為準(zhǔn)解離斷裂。為了分析溫度變化的原因分析了孿晶的變化特征�；�于疲勞破壞累計(jì)理論建立了一個(gè)用于預(yù)測(cè)AZ31B鎂合金試樣疲勞壽命的一個(gè)理論公式。采用Luong法獲得的疲勞強(qiáng)度為128.97MPa,試驗(yàn)結(jié)果為133.87MPa,兩者非常接近,預(yù)測(cè)模型的結(jié)果為137.33MPa,與試驗(yàn)結(jié)果幾乎一致。最后,本文用SEM對(duì)三種試樣斷口進(jìn)行了分析,采用金相分析技術(shù)和EBSD技術(shù)分析鎂合金試樣斷裂前后試樣的晶粒變化,孿生現(xiàn)象以及織構(gòu)的變化。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG146.22

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本文編號(hào)：1689907