固溶AZ80棒材低周疲劳性能研究(3)
与铸造工艺生产的铸造镁合金相比，变形镁合金更具有发展前景和潜力。通过变形可以生产尺寸多样的板、棒、管、型材及锻件产品，并且可以通过合金组织的控制和热处理工艺的应用，获得比铸造镁合金更高的强度、更好的延展性以及更多样化的力学性能，满足更多结构件的需要。常见的变形镁合金主要包括Mg-Al、Mg-Zn、Mg-Mn、Mg-Th、Mg-Li等。变形镁合金有两个重要特点对产品的最终性能有很大的影响：一是镁合金的密排吹冰方结构，使变形时的择优取向对弹性模量影响不大；二是镁合金的压缩屈服强度低于其拉伸屈服强度，即存在拉压不对称性。
1.3镁合金的塑性变形机制
1.3.1 滑移机制
多晶镁合金在外力作用下发生塑性变形时，会沿滑移面发生滑移，滑移的本质是位错的运动[8]。晶体开始滑移必须有一定大小的临界切应力。镁在不同滑移面上的临界切应力大小与温度有密切关系。在室温下，产生基面滑移的临界切应力要比棱柱滑移面的临界切应力低一个数量级，因此温室时只有基面滑移产生。而在较高的温度(493K)下，棱柱滑移面的临界切应力下降，棱柱滑移开始产生。
镁的密排吹冰方晶体结构使位错运动速率对应力敏感，在应力有稍许提高时， 位错运动的速率会大幅度增加，同时，在形变过程中位错密度也随应变增加而增殖。位错的运动和增殖会使位错在变形过程中很快互相缠结、钉扎以及受晶界的阻碍而终止运动。如果镁合金的变形是在高温下进行，当滑移受阻时，位错可以通过交滑移运动，所以在较高温度下镁晶体通过滑移进行塑性变形比较容易。
1.3.2 孪生机制
除滑移外，镁合金塑性变形的另一种方式就是孪生[9]。孪生和滑移一样，也产生晶体的切变。滑移时，相对位移集中出现在少数原子密排面上，相对位移量可以比原子间距大好多倍，滑移的位移决定于位错源所发出的位错数。但孪生形变时，切变均匀分布在孪生区域内的每一个原子面上，其中每一对相邻原子面的相对位移量都是相等的。与滑移类似，孪生的切变也是沿着特定的晶面和特定的晶体方向发生，镁的孪生面为{101(—)2}，孪生方向为<1(—)011>。
变形时孪生是否出现和晶体的对称性有密切关系。属于吹冰方晶体结构的镁在室温下基面滑移的临界切应力虽然比孪生所需要的切应力低，但由于其对称性较低，滑移系统少，在晶体取向不利于滑移时，孪生就成为另一种重要的塑性变形方式。孪生所引起的晶体变形量并不大，因此它对镁晶体形变的影响与滑移相比只占次要地位，一般对总变形量的贡献不超过10%，但孪生可以进一补促进滑移的产生。
由于多晶体镁合金中晶体取向的随机性，在变形初期晶粒往往需要进行不断的调整以有利于变形时滑移的发生，因此在从铸态组织转变为变形组织这一变形初始阶段，镁的基体中容易发生大量的孪生，随变形的进行，在严重变形时孪生会更多，孪晶尺寸会减小，孪晶也会相互碰撞。
孪生变形对镁合金板材轧制是十分有利的，通过孪生的协调作用有利于滑移进一步发展，从而使镁合金具备一定的轧制变形能力。
1.4 镁合金的疲劳
1.4.1 低周疲劳基本理论
金属材料在交变载荷作用下，疲劳寿命在102～105次的疲劳断裂称为低周疲劳。低周疲劳交变应力较高，接近或超过材料的屈服强度，因而是在塑性应变循环下引起的疲劳断裂，所以又称为塑性疲劳或应变疲劳。
Ⅰ）低周疲劳的特点：
(1)低周疲劳时，由于机件设计的循环许用应力比较高，加上实际机件不可避免地存在缺口从而造成应力集中，局部区域会产生宏观塑性变形，使应力应变之间不再呈直线关系，形成循环回线。
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