腐蚀环境与疲劳载荷作用下AZ31镁合金声发射波形特征分析EI北大核心CSCD

利用声发射技术对AZ31镁合金在不同环境(腐蚀、疲劳载荷)下进行实时监测分析,研究表明:腐蚀疲劳耦合作用下与疲劳载荷作用下相比,镁合金声发射波形都表现出周期性、台阶性及瞬断突发型等特点,但不同的是二者周期性波形形状不同,腐蚀疲劳耦合作用下镁合金声发射周期性波形平均波幅降低50%、波幅台阶性现象趋缓。这主要是由于周围腐蚀环境的存在有助于缓解疲劳损伤的累积。     

Mg-Zn-Gd准晶增强AZ31镁基复合材料的摩擦磨损性能

以Mg-Zn-Gd准晶中间合金为增强相,AZ31镁合金为基体合金,采用多次循环塑性变形技术制备准晶增强镁基复合材料,并在低载荷条件下对合金和复合材料进行耐磨性能研究。结果表明:当变形次数为250次时,准晶中间合金含量为10%(质量分数)的复合材料中第二相分布最为均匀;AZ31镁合金和复合材料的摩擦因数均随载荷的增加而略有降低;高热稳定性及高硬度准晶的加入有效提高复合材料的耐磨性能。     

轧制AZ31B镁合金腐蚀疲劳过程中的声发射信号分析

利用全数字声发射系统研究了轧制AZ31B 镁合金腐蚀疲劳过程中的声发射信号.结果表明,轧制AZ31B镁合金在NaCl溶液中的腐蚀疲劳过程主要存在4种声发射源,其中与腐蚀相关的两种信号分别对应于阳极溶解和阴极析氢,前者属于板平面内激励源,产生扩展波信号;后者属于板平面外激励源,产生弯曲波.与载荷相关的两种信号分别对应于塑性变形的连续型信号和裂纹扩展阶段高载荷阶段出现的裂纹扩展信号.腐蚀相关的声发射信号存在于整个疲劳过程,而塑性变形信号只发生在疲劳过程中特定的应力阶段.     

热处理对挤压变形AZ31镁合金疲劳性能的影响

研究了固溶处理、时效处理、固溶+时效处理对挤压变形AZ31镁合金低周疲劳性能的影响.结果表明,不同的热处理工艺可以提高挤压变形AZ31镁合金在较低外加总应变幅下的循环变形抗力;不同的热处理工艺可以提高挤压变形AZ31镁合金在较高外加总应变幅下的疲劳寿命,降低合金在较低外加总应变幅下的疲劳寿命;不同处理状态的挤压变形AZ31镁合金的塑性应变幅、弹性应变幅与疲劳断裂时的载荷反向周次之间的关系可分别用Coffin-Manson和Basquin公式来描述.此外,不同处理状态的挤压变形AZ31镁合金的循环应力幅与塑性应变幅之间呈线性关系.     

热挤压工艺对AZ31镁合金组织与力学性能的影响

在不同挤压条件下对AZ31镁合金进行了热挤压试验,并对挤压前后材料组织与力学性能的变化进行了分析.研究结果表明,AZ31镁合金热挤压时发生了动态再结晶,材料组织比铸态时细化,力学性能大幅度提高;AZ31镁合金挤压后的组织及力学性能受挤压温度及冷却方式影响,在本试验范围内,AZ31镁合金在623 K挤压后空冷得到的组织均匀细小,力学性能良好.     

冷却条件对镁合金耐蚀性能的影响

通过浸泡腐蚀质量损失试验,研究了不同凝固冷却速度(空冷、水冷和盐水冷)对AZ31和AZ81镁合金在3.5%Na Cl溶液中耐腐蚀性能的影响。研究结果表明,镁合金中Mg17Al12相的尺寸、形貌、分布、析出量及合金凝固组织的均匀性对抗Na Cl溶液腐蚀产生重要影响;Mg17Al12相对镁合金耐蚀性能具有双重作用(起阻障及电偶阴极的作用);同时凝固组织均匀化程度的改善能提高耐蚀性能。在3种因素的叠加作用下,AZ31合金的耐蚀性能随着冷却速度的提高而得以改善,而AZ81合金的耐蚀性能则表现为:空冷盐水淬水冷。     

钢结构疲劳损伤声发射监测

采用声发射技术对已开裂的焊缝进行监测,实现了在复杂的环境噪声中识别出裂纹活动信号。通过分析疲劳裂纹损伤产生的原因以及材料在交变载荷作用下产生声发射的机理,得到表征焊缝裂纹活动过程的信号特征。试验表明,声发射技术对钢结构裂纹损伤的活度、强度具有较大的敏感性,可以实现对裂纹损伤状态发展变化的实时监测。     

AZ31镁合金无缝管斜轧穿孔数值模拟

提出采用三辊斜轧穿孔方法制备镁合金无缝管,基于AZ31镁合金塑性变形特点和斜轧穿孔成形原理分析,建立AZ31镁合金的力学模型,设定AZ31镁合金斜轧穿孔的工艺和模具参数。利用Deform-3D有限元分析软件对AZ31镁合金在300~400℃温度范围内进行斜轧穿孔数值模拟,得到各个成形阶段坯料的等效应力分布和金属流动速度矢量图。模拟结果表明在350℃、0.01 s-1变形条件下,AZ31镁合金斜轧穿孔保持稳定轧制。根据模拟结果进行试验验证,结果表明在此工艺条件下斜轧穿孔后的AZ31镁合金管力学性能良好,验证了斜轧穿孔制备镁合金无缝管的可行性和有效性,为镁合金无缝管新的生产方法提供理论依据。     

复合材料试验件受外载荷作用的声发射信号特征

复合材料试验件缺陷在载荷的作用下均有可能扩展而成为声发射源,对这些缺陷在试验件受载过程中的区分及定位日益成为声发射信号数据分析的主要方面。对复合材料试验件外载荷试验中声发射信号的特征进行简要分析,对大幅值长时间的信号及大幅值短时间的信号能量分布及通道分布进行了试验分析。结果表明,声发射信号可以较准确反映试验件受外载荷过程中的变化及损伤区域,能粗略区分损伤类型,但定位精度有待进一步提高。进一步验证了,幅值大发射时间长的信号可表示试验件的宏观分层损伤,而幅值大发射时间短的信号可表示试验件产生的纤维断裂损伤,并可表示损伤区域发生的变化。     

多向冷轧对AZ31镁合金板显微组织和力学各向异性的影响

通过显微组织观察和室温拉伸试验研究了多向冷轧和单向冷轧对AZ31镁合金板材显微组织和力学各向异性的影响。结果表明:多向冷轧AZ31镁合金板材产生的孪晶和形变带较单向冷轧多;经过350℃×1 h相同退火后,由于多向轧制合金板的晶粒尺寸更细小均匀,因而综合力学性能比单向冷轧的高,力学各向异性低。     

强流脉冲电子束表面改性AZ31镁合金的耐磨耐蚀性能

选用强流脉冲电子束对AZ31镁合金进行表面改性处理,分析了改性后的AZ31镁合金表面显微结构,测量处理前后AZ31镁合金的耐磨性能和耐蚀性能。结果表明,脉冲电子束处理后AZ31合金表面出现了典型的熔坑形貌,同时熔坑周围有应力波作用产生的褶痕。由电子束快速凝固作用所产生的表层晶粒细化和固溶强化显著提高了AZ31合金的耐磨性。此外,电子束表面改性导致表层镁、铝元素含量及分布形式发生变化。样品表层铝元素的升高是改善其腐蚀性能的主要原因。     

β相对Mg-Al系镁合金板材耐腐蚀性能的影响

为了研究β相对Mg-Al系镁合金板材腐蚀性能的影响,通过析氢试验和电化学阻抗谱等测试方法,研究了AZ31B,AZ91D1和AZ91D2三种镁合金轧制态板材的腐蚀性能。结果表明,在w(Na Cl)=3.5%的Na Cl溶液中,三种镁合金的耐腐蚀性能为:AZ91D2镁合金耐腐蚀性能最好,AZ91D1镁合金的其次,AZ31B镁合金耐腐蚀性能较差。通过光学显微镜和扫描电子显微镜等方法测量了试样表面腐蚀产物的形貌,发现AZ31B和AZ91D2镁合金出现点状腐蚀,而AZ91D1镁合金则出现丝状腐蚀。在AZ31B镁合金中,β相含量非常少,并且比较粗大,在腐蚀过程中对合金的耐腐蚀性能起降低作用,而AZ91D1和AZ91D2镁合金中第二相含量较多,降低了合金的自腐蚀性能,AZ91D2镁合金中第二相颗粒比AZ91D1镁合金的更细小,并且含量也较多,因此其耐腐蚀性能最好。     

基于声发射技术检测镁合金挤压过程动态摩擦研究

研究了镁合金在挤压过程中的坯料与工模具接触表面的摩擦状态。采用声发射技术对AZ91镁合金在不同挤压速度下挤压成形过程摩擦信号进行采集分析,研究挤压速度对摩擦声发射信号的影响,并分析了挤压型材的组织和力学性能。结果表明,镁合金在挤压过程中声发射信号振幅和能量随滑动速度增加而增加,不同挤压速度下声发射振幅信号平均值为64.4 d B。声发射振幅与声发射能量具有对应性;挤出型材抗拉强度和屈服强度随挤压速度的增加而增加,当挤压速度为10 mm/min时,声发射信号振幅为56.3 d B,抗拉强度为350 N/mm2,平均晶粒尺寸为63.2μm;当挤压速度为40 mm/min时,声发射信号振幅为72.3 d B,抗拉强度为达405 N/mm2,平均晶粒尺寸为53.7μm。为采用声发射技术的实时波形和声发射信号参数的平均值监测金属挤压成形时的摩擦状态提供了试验依据。     

镁合金超塑性变形的损伤演化效应

研究了AZ31B镁合金板材超塑性变形时的空洞损伤,对拉伸试样在超塑性变形各阶段轴剖面的空洞进行了观察,通过对空洞演化的分析建立了空洞体积分数与变形程度的定量关系,并推导出基于微损伤演化规律及统计细观损伤力学的损伤演化方程,通过试验得到适用于AZ31B镁合金板材超塑性变形损伤演化的特征参数C1、C2和损伤变量临界值DC.     

Al-5Ti-1B对AZ31合金组织与性能的影响

研究了Al-5Ti-1B中间合金不同添加量对AZ31镁合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,在AZ31镁合金中添加Al-5Ti-1B中间合金有利于组织性能的改善。在试验中,添加量控制在0.5%为佳,此时,合金晶粒尺寸达到最小,约为170μm,是AZ31镁合金未添加细化剂时晶粒尺寸的30%,抗拉强度及伸长率分别达到最大。AZ31镁合金组织性能的变化主要与Al-5Ti-1B中间合金中的游离Ti和TiB2有关。     

不同状态Mg-9Sr中间合金对AZ31镁合金铸态组织的影响

研究Mg-9Sr中间合金及其处理工艺对AZ31镁合金铸态组织的影响。结果表明：在AZ31镁合金中加入不同状态的Mg-9Sr中间合金（常规铸态、快速凝固态、固溶态和轧制态）对AZ31镁合金均有很好的晶粒细化效果,其中轧制态Mg-9Sr中间合金的细化效果最好,其次依次为固溶态、常规铸态和快速凝态Mg-9Sr中间合金。在Sr加入量0.1%和熔体保温时间80 min条件下,轧制态Mg-9Sr中间合金可使AZ31镁合金获得62 μm的最小平均晶粒尺寸。     

交变载荷对铝合金板表面残余应力的影响

采用铣削法在7075铝合金退火板表面引入初始残余应力,研究了交变载荷加载状态下表面残余应力的演变规律,并基于包辛格效应和塑性变形理论讨论了交变载荷加载状态时残余应力松弛机理.结果表明:交变载荷对铝合金板表面残余应力松弛的影响主要取决于加载应力与残余应力的矢量叠加;交变载荷对残余应力松弛主要在第一个作用周期;当加载周期增大到一定程度后,交变载荷比单向载荷对残余应力的松弛效果更好.     

AZ31镁合金板的热拉深性能

通过热轧工艺制备了厚度为0.8 mm的AZ31镁合金薄板. 在不同温度和应变速率条件下进行了单向拉伸试验. 在50～240 ℃的温度范围内, 采用平底杯形冲头拉深试验研究了成形温度、拉深速度以及冲头温度对AZ31镁合金板热拉深工艺的影响. 结果表明 AZ31镁合金热轧薄板的RLD随温度的升高而明显增大; 在成形温度为200 ℃, 拉深速度为30 mm/min的条件下, 最大RLD可达2.65, 相应的高径比为1.4, 证明AZ31镁合金板具有良好的热拉深性能; 此外, 拉深速度和冲头温度对AZ31镁合金的拉深成形也有重要影响.     

AZ31镁合金成形极限图的实验研究与数值模拟

利用Nakazima半球凸模胀形实验构建了AZ31镁合金在170、200和230℃温度条件下的成形极限图，分析了温度对AZ31镁合金成形极限的影响。利用有限元方法对AZ31镁合金在200℃温度下的胀形过程进行了数值模拟，并将所得模拟结果与实验结果进行对比。结果表明，随着胀形温度的升高，AZ31镁合金的变形抗力不断降低，显著提高了其成形极限，并验证了AZ31镁合金的塑性从100℃快速上升，到200℃后上升变缓。数值模拟和实验研究的结果具有较好的一致性，证实了所构建模型的有效性。     

压缩对AZ31镁合金微观组织和力学性能的影响

对AZ31镁合金在室温下沿轧制板材不同方向进行多向压缩,研究了不同加载路径下AZ31镁合金的力学性能和微观组织演变。结果表明,沿不同方向3道次压缩时,样品表现出不同的力学行为,沿TD(横向)-RD(轧向)-ND(法向)路径压缩时,材料屈服强度随压缩道次增加而增大;沿ND-RD-TD路径压缩时,材料的屈服强度随压缩道次增加先减小后增大。每次压缩后,(0001)基面织构都转到压缩轴附近。TD样品的主要塑性变形机制为孪生,而ND样品的主要塑性变形机制为滑移。多向压缩产生的孪生可以分割细化晶粒,使镁合金强度提高。