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,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,變形過程中有明顯的孿生現(xiàn)象。因此,研究鎂合金的動靜斷裂行為對鎂合金的應(yīng)用具有長遠(yuǎn)的意義。借助于先進(jìn)無損檢測手段,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程能量耗散引起的材料表面溫度變化和位錯滑移、孿生以及裂紋萌生現(xiàn)象產(chǎn)生的聲發(fā)射信號,利用紅外溫度特征和聲發(fā)射信號對材料的相關(guān)力學(xué)性能進(jìn)行分析,可以對材料及其焊接結(jié)構(gòu)在靜載或者動載作用過程的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測與分析,研究對于保證材料結(jié)構(gòu)在服役過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AZ31B鎂合金斷裂韌度試驗(yàn)過程中試件表面的溫度分布特征和斷裂過程裂紋尖端釋放的聲發(fā)射信號特征進(jìn)行了研究,分析了鎂合金靜態(tài)和動態(tài)斷裂過程的斷裂行為。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試過程的表面溫度變化曲線和AE信號演化相關(guān)曲線。在拉伸和疲勞測試過程中,用紅外熱成像技術(shù)獲得了試樣的靜態(tài)軸向拉伸過程中溫度變化曲線,以及三點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)過程中試樣拉伸區(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)斷裂過程,斷裂過程中伴隨著相對明顯的能量累積與釋放過程。因此,本文同時采用上文提到的紅外與聲發(fā)射方法對鎂合金斷裂韌度試驗(yàn)過程的紅外和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試過程的表面溫度變化曲線和ae信號演化相關(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)時間曲線(ccum-t)都可分為三個階段,第一,第二階段的時域分界點(diǎn)重合,而且拉伸孿晶在試樣斷裂過程起到重要的作用。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az31b合金的微觀組織進(jìn)行了分析,結(jié)合ae信號的特征與微觀組織。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,對拉伸試驗(yàn)過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)測試樣變形過程應(yīng)力集中系數(shù)的公式。為了研究AZ31B鎂合金動態(tài)斷裂行為,本文分析了AZ31B鎂合金三點(diǎn)彎曲疲勞行為。在疲勞過程中,用紅外熱像儀實(shí)時記錄了試樣表面溫度變化數(shù)據(jù)。對產(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)過程中,試驗(yàn)表面溫度演變經(jīng)歷了四個階段:(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�；谄谄茐睦塾�(jì)理論建立了一個用于預(yù)測AZ31B鎂合金試樣疲勞壽命的一個理論公式。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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG146.22

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本文編號：1689907