《塑性成形稀土鎂合金疲勞損傷機理研究》是依託湖南工程學院，由吳安如擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：塑性成形稀土鎂合金疲勞損傷機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：吳安如
- 依託單位：湖南工程學院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
利用稀土合金化和塑性成形規律製備的鎂合金具有良好的靜載力學性能，但由於六方基底的鎂合金滑移系少、常溫塑性差；化學活性強、組織遺傳缺陷率高；疲勞性能低、疲勞損傷機理複雜。本項目擬測量各種塑性成形和熱處理狀態的鎂合金疲勞性能，探尋鎂合金疲勞現象本質規律，擬合、分析含存活率的應力—疲勞壽命曲線、疲勞裂紋擴展速率—應力強度因子本構關係，比對光滑試樣與缺口試樣的疲勞裂紋擴展通道，研究鎂合金疲勞裂紋萌生與擴展規律。用微觀分析手段，研究在交變載荷下鎂合金晶體中位錯滑移、孿生以及第二相粒子對疲勞源裂紋累積效應和疲勞損傷機理，分析鎂合金高應力低周疲勞和低應力高周疲勞失效特徵及斷裂機制，揭示密排六方晶體結構鎂合金的疲勞裂紋萌生機理、擴展模式，建立鎂合金高應力/低周疲勞、低應力/高周疲勞失效預測模型；構建稀土鎂合金成分、成形規律、組織結構與疲勞性能關係的理論體系。
結題摘要
本項目利用稀土合金化和塑性成形製備具有良好的靜載力學性能和耐疲勞損傷的高性能變形稀土鎂合金，通過組織觀察、微觀分析、性能測試研究合金各種塑性成形和熱處理狀態的鎂合金力學性能、疲勞規律，探尋鎂合金疲勞現象本質；指導稀土變形鎂合金成分設計、揭示其塑性成形原理、提供塑性加工及熱處理工藝制訂依據。 通過Ce或La能細化AZ91合金的晶粒，提高AZ91擠壓板材的強度和塑性，並可提高AZ91擠壓板材的時效硬化速率，套用Deform-3D軟體可以對鎂合金擠壓過程進行有限元模擬並能驗證擠壓工藝的合理性，預測擠壓板材邊裂的臨界條件。通過向AZ91鎂合金基體中加入鹼土Ca、Sr、稀土Ce來提高其高溫力學性能。AZ91、AZ91-1.0%Ca、AZ91-1.0%Ca-0.2%Sr、AZ91-1%Ca-0.2%Sr-0.2%Ce鑄態合金高溫（150℃）抗拉強度分別為116.9MPa、124.7MPa、135.8MPa、138.8MPa。這一思路為鎂合金的高溫套用提供了實驗支持。 對ZK60鎂合金進行稀土（Nd、Y）合金化、塑性加工、熱處理，稀土元素Y和Nd能起到淨化晶界，能細化基體相組織，所形成的物相除了α-Mg固溶體外，還有Mg3Y2Zn3（W相）、Mg12Nd稀土相，在經T4或T6處理後，後者在晶界和基體中存在著大量的孿晶，這對提高合金常規力學性能及阻礙疲勞裂紋擴展極為有效。試驗證明：複合添加稀土元素比單獨添加一種稀土晶粒細化效果更好。這對於高性能鎂合金稀土合金化提供了理論依據。 合金疲勞裂紋萌生於表面，向試樣橫截面對面呈扇形擴展，擠壓態的基礎合金試樣疲勞斷口形貌較為平整，斷裂表面呈現準解理特徵，擠壓+固溶、擠壓+固溶-時效的基礎合金試樣的斷裂形貌呈脆斷特徵。複合添加稀土各個狀態下合金的疲勞裂紋穩態擴展區中的撕裂棱數目增加，疲勞裂紋擴展路徑更為“曲折”。揭示了疲勞裂紋在析出相阻礙下的擴展路徑。
