西安建筑科技大学硕士学位论文
目 录
1 绪论 (1)
1.1 引言 (1)
1.2 搅拌摩擦加工简介 (2)
1.2.1 搅拌摩擦加工原理及特点 (2)
1.2.2 影响因素 (3)
1.3 镁合金的织构简介 (5)
1.3.1 镁合金织构类型 (6)
1.3.2 镁合金的形变系统 (7)
1.3.3 镁合金FSP织构的演化规律 (8)
1.3.4 织构对力学性能的影响研究现状 (10)
1.4 镁合金的强化机理简介 (12)
1.4.1 细晶强化 (12)
1.4.2 固溶强化 (13)
1.4.3 沉淀强化 (13)
1.4.4 加工硬化 (14)
1.5 课题研究的内容及意义 (15)
1.5.1 课题研究的内容 (15)
1.5.2 课题研究的意义 (15)
1.6 本章小结 (16)
2 实验材料与方法 (17)
2.1 实验材料 (17)
2.2 实验方法 (17)
2.2.1 搅拌摩擦加工 (17)
2.2.2 时效热处理工艺 (19)
2.2.3 金相显微组织观察 (20)
2.2.4 扫描电镜分析 (21)
2.2.5 透射电镜分析 (21)
2.2.6 微观织构检测分析 (22)
I
西安建筑科技大学硕士学位论文
I I
2.2.7 显微硬度测试 (23)
2.2.8 室温拉伸测试 (23)
2.3 本章小结 (24)
3 晶粒尺寸和织构对FSP AZ80镁合金力学性能的影响 (25)
3.1 不同加工参数下AZ80镁合金微观组织与分析 (25)
3.1.1 FSP宏观形貌 (25)
3.1.2 FSP的微观组织特征 (26)
3.2FSP AZ80镁合金微观织构特征 (31)
3.3 晶粒尺寸对力学性能的影响 (33)
3.3.1 晶粒尺寸对硬度的影响 (33)
3.3.2 晶粒尺寸对拉伸性能的影响 (34)
3.3.3 讨论 (37)
3.4 织构对力学性能的影响 (38)
3.4.1 各向异性分析 (38)
3.4.2 晶粒取向对拉伸性能的影响 (38)
3.4.3 轴肩尺寸变化对织构及拉伸性能的影响 (39)
3.4.4 讨论 (40)
3.5 断口形貌分析 (41)
3.6 本章小结 (43)
4 时效热处理对FSP AZ80镁合金力学性能的影响 (45)
4.1 时效热处理对微观组织的影响 (45)
4.2 时效热处理对力学性能的影响 (48)
4.2.1 FSP AZ80时效处理后的硬度变化规律 (48)
4.2.2 FSP AZ80时效处理后的拉伸性能变化规律 (49)
4.3 断口形貌分析 (51)
4.4 本章小结 (51)
5 结论 (53)
致谢 (55)
参考文献 (57)
附录攻读硕士学位期间获奖及发表论文情况 (65)
西安建筑科技大学硕士学位论文
1 绪论
1.1 引言
镁合金是目前最轻的金属结构材料，具有比强度、比刚度高，阻尼性、减震性好、电磁屏蔽、抗辐射能力强，机加工性能优良等一系列优点，在航空航天、高速列车、汽车、3C和国防军事等领域具有重要的应用价值和广泛的应用前景，有替代钢和铝的潜力[1-2]，被誉为“21世纪绿色工程结构材料”。镁合金室温成型性和塑性差，限制其广泛应用。
目前，细晶强化是提高镁合金强塑性的有效方法之一[1]。近年来，发展了许多新型的细晶镁合金制备技术，像等通道转角挤压（ECAP）、高压扭转（HPT）、累积叠轧（ARB）和多向锻造（MAF）[3-7]等。
搅拌摩擦加工（Friction stir processing，FSP）技术是美国密苏里大学的Mishra 教授于1999年基于搅拌摩擦焊接（Friction Stir Welding，FSW）技术思想提出的。FSP的工作原理：一个由搅拌针和轴肩组成的加工工具高速旋转使搅拌针插入工件，当轴肩与工件表面接触后，工具沿预设方向运行，与工件摩擦产生大量的热量，同时在搅拌针的搅拌作用下使材料发生剧烈的塑性变形，使加工区域材料发生动态再结晶，形成等轴细晶结构[8]。在强制冷却条件下，可以使材料微观组织显著细化[9]。目前，采用FSP技术已成功制备超细镁合金材料，晶粒尺寸可细化至85~300nm，材料强度明显提高[10-12]。
与ECAP、HPT、MAF和ARB等强塑性变形技术相比，FSP技术具有诸多优点：①剧烈的塑性变形使材料破碎、混合，可同时实现材料的细化、均匀化和致密化；②高角度晶界所占比例明显提高，可达85~95%[13-14]；③采用多道次FSP 技术可制备大面积的细晶板材，易于实现工业生产[15]；④FSP工艺参数容易控制，操作简单，易于实现自动化。
针对某一种材料，Hall-Petch方程σs=σ0+Kd-1/2，其中σ0为摩擦应力，K为应力集中因子，都是常数[16-17]，表征影响材料强度变化的参量只有晶粒尺寸d，没有表征晶粒取向和晶界取向分布的分量，这表明Hall-Petch方程并没有认为屈服强度与晶粒取向和晶界取向有关。这可能是因为传统加工技术制备合金的择优取向不明显，即使σ0和K包含了晶粒取向和晶界取向的影响，但因为晶粒取向和晶
1