题目：AZ31镁合金织构对形变与疲劳性能影响及其声发射表征研究

近年来，镁合金产品产量在全球的年增长率高达20％，被称为“21世纪的绿色工程材料”。其密度低、比强度高、弹性模量小、具有较好抗震能力，在交通工具、电子和通讯产品、航空航天、化工和机械等工业领域显示出了广阔的应用前景。镁合金是密排六方结构，变形镁合金中形成了强烈的织构，这些织构影响材料的力学性能和疲劳性能。本文对挤压AZ31镁合金进行EBSD织构观察，重点测试织构状态下AZ31镁合金力学性能的各向异性及不同实验条件下的疲劳性能，并通过退火热处理部分弱化织构，然后进行疲劳试验。拉伸和疲劳试验都进行声发射监测，通过声发射信号理解材料形变与疲劳裂纹扩展的机制。实验所用AZ31镁合金具有强烈的{11-20}织构特征，力学性能表现出明显的各向异性，ED方向试样发生位错滑移屈服，TD方向试样发生孪生屈服，屈服强度为80MPa，仅为前者的一半。孪生和滑移综合影响塑性变形，随应变速率的增加， ED试样的应变速率敏感性一直保持正值，而TD试样一直为负值，而且先减小后增大。TD试样屈服点声发射计数峰值比ED方向高一个数量级，这是因为TD方向是孪生屈服机制，而ED方向为基面滑移主导的屈服。随着应变速率提高，ED和TD试样声发射计数峰都增高，孪生变形都增强。利用信号的PSC可以有效通过监测的波形，对不同条件下的滑移和孪生等形变机制作出判别，而不需考虑试样取向，试样尺寸等因素的影响，对研究和监测其变形损伤具有重要意义。裂纹扩展速率da/dN和声发射计数率dC/dN与所加载荷无关，只与Delta K有关。ED和TD试样，裂纹扩展曲线都可分为三个阶段。在第二个阶段，即裂纹稳定扩展区，满足da/dN=C(ΔK)m和dC/dN=B(ΔK)p。相同加载条件下，由于TD取向屈服强度比ED小，TD试样的裂纹扩展速率大于ED试样，并发生大量孪生；ED和TD试样都表现出：加载频率越低，裂纹扩展速率越快。对试样疲劳断口的SEM观察表明，ED和TD试样都表现出穿晶准解理断裂，ED试样呈现出滑移痕迹，TD试样呈现出大的台阶平面。对挤压AZ31镁合金进行300℃保温30min空冷退火，发生静态再结晶，{11-20}织构强度减弱。退火热处理同时降低了两个方向试样的裂纹扩展速率，提高了疲劳抗性；织构弱化，晶粒取向差异减小，HTED方向在裂纹尖端塑性区孪生变形增多，HTTD则相反。利用声发射可以很好的监测镁合金疲劳过程和研究疲劳微观损伤机理。利用Delta K与dC/dN的关系可以对镁合金的裂纹扩展作出预测。实验证明裂纹尖端塑性区的孪晶变形是镁合金裂纹扩展中的重要声发射源之一，因此利用声发射可以对疲劳过程中的裂纹尖端孪晶变形进行研究和检测。本文通过声发射证明TD方向裂纹扩展过程具有远高于ED方向的孪晶变形，而频率降低也将在裂纹尖端产生更多的孪晶事件。