【正文】 echnology for Advanced Magnesium Alloys[J].Materials Science Forum,2000,(350/351):318.[27] 張高會,張平則,[[J]. 世界科技研究與發(fā)展, 2003, 25 (1): 7278.[28] 郭學峰,魏建鋒,[J]. 鑄造技術, 2002, 5(3): 133136.[29] BARIL G. PEBERE N. The corrosion of pure Magnesium in aerated and deaerated sodium sulphate solutions[s]. Corrosion Science, 2001,43:471484.致 謝首先對本次指導我的導師致以衷心的謝意。（3）經(jīng)TIG焊和摩擦攪拌焊后，AZ31鎂合金板材的焊接接頭顯微斷口都存在明顯的河流花樣，斷口上有解理面和解理臺階。（c）圖為熱影響區(qū)的放大圖，從圖中可以看出熱影響區(qū)內的晶粒比母材中的大，這是因為焊接時的高溫使熱影響區(qū)內的晶粒發(fā)生再回復?！叭俗旨y”形態(tài)反映材料性質與加載速度。所研究的鎂合金為密排六方晶體，常常沿（0001）面發(fā)生解理。 解理裂紋介紹通常，根據(jù)失效形式，導致是失效的因素和失效的部位對失效進行分類，基本的失效形式有以下四種：過大的彈性變形；塑性變形；破裂或斷裂；材料變化（包括金相變化、化學變化和核變化）斷裂種類大致分為：延性斷裂；解理斷裂；準解理斷裂；疲勞斷裂；氫脆斷裂；應力腐蝕破裂等。在塑性變形階段，應力應變曲線隨著應變速率的提高而變化不大，說明高TIG焊鎂合金焊接接頭對應變率不明感。待試樣干燥后放在金相顯微鏡下觀察。圖26 試樣的磨制用砂紙由粗到細磨制試樣，以去掉試樣表面的毛刺、氧化皮、銹蝕、砂眼、劃傷等。此即所謂界面的摩擦效應。由此而求得的應力應變曲線中的上下震蕩常常掩蓋了材料本身的特性，造成了數(shù)據(jù)處理上的困難，有時還容易將曲線中的第一個振蕩誤認為是材料的上、下屈服點。通常傳統(tǒng)的SHPB實驗往往所面臨二維效應這一現(xiàn)象，使實驗所測試的應力應變曲線有明顯的振蕩現(xiàn)象，該現(xiàn)象掩蓋了材料本身的特性，為實驗結果帶來很大的不便。根據(jù)壓桿上電阻應變片所測得的入射波。阻尼器的作用是吸收輸出桿能量，每次試驗應靠近輸出桿放置。的V形坡口。目前中國實行的碰撞測試標準，要求汽車正面碰撞的速度標準為50km/h。另一個顯著特征是易形成位錯環(huán)。在高應變率過程中，位錯的另一個表現(xiàn)為位錯組態(tài)的變化。但總體上延伸率是比較低的，斷裂表面也呈現(xiàn)脆斷特征。很顯然，這兩種材料的強度均隨應變率的增加而提高，表現(xiàn)出正應變率敏感性。1949年Kolsky在Hopkinson[24]壓桿基礎上進行了改革完善，他的用兩根長桿端部夾住短試樣進行壓縮狀態(tài)下材料動態(tài)特性測試的論文發(fā)表后，就由于其在材料動態(tài)性能研究方面的眾多優(yōu)越性，很快成為一種標準的實驗技術，即現(xiàn)在的分離式Hopkinson壓桿，簡稱SHPB（Spilit Hopkinson Pressure Bar）。整個接頭的綜合機械性能幾乎與母材完全相同,接頭抗拉強度達母材強度的90%左右,接頭韌性與母材相比降低很少。 摩擦攪拌焊攪拌摩擦焊是英國焊接研究所1991 年發(fā)明的一種新型固態(tài)連接技術[13 ] 。采用TIG焊焊接AZ31B 鎂合金,焊縫附近的纖維組織消失,焊縫區(qū)和熱影響區(qū)的分界較為明顯:熱影響區(qū)是典型過熱組織,晶粒較粗大。需要強力排風系統(tǒng)排除焊接煙氣。(5) Al和Zn對鎂合金材料焊接性影響很大。鎂在鎳合金及銅合金冶煉中作為除氧劑和脫硫劑，在鋼鐵工業(yè)中作脫硫劑和球墨鑄鐵的球化劑，在鈹、鈦、鉿和鈾的冶煉中用作還原劑。 鎂合金是最輕的金屬結構材料，~。與其它合金相比，鎂的最大優(yōu)點是質輕，—，是鋁合金的64%，鋼的23%。%，全世界海水中的含鎂量估計為6106噸，真可謂取之不盡，用之不絕。 Friction Stir Welding；microstructure目 錄摘 要 IAbstract II第1章 前 言 1 1 1 2 3 3 4 6 高應變速率形變試驗簡介 6 高應變率下材料的應力應變行為及其應變率效應的研究 6 7 本課題的意義及擬采用的方法 8 課題的意義 8第2章 實驗材料及實驗方法 9 實驗材料及設備 9 實驗材料 9 10 10 SHPB壓縮實驗基本原理 11 SHPB實驗原理簡介 12 15 加工試樣 15 試樣的磨制 15 試樣的拋光 15 試樣的腐蝕 16 金相組織觀察 16 斷口形貌觀察 16第3章 實驗結果及分析 17 鎂合金焊接接頭動態(tài)壓縮力學性能 17 17 18=2300s1左右時兩種焊接接頭數(shù)據(jù)的比較 19 20 解理裂紋介紹 20 TIG焊時沖擊斷口分析 21 摩擦攪拌焊沖擊斷口分析 22 AZ31鎂合金板材焊接金相組織分析 23 TIG焊時AZ31鎂合金焊縫及熔合區(qū)金相組織 23 摩擦攪拌焊時AZ31鎂合金焊縫及熔合區(qū)金相組織 24第4章 實驗結論 26參考文獻 27致 謝 29第1章 前 言 鎂是常用金屬材料中最輕的一種，密度約為鋁的三分之二，而且在地殼中含量豐富[13]。特別是MgAl系列合金在汽車上有廣闊的應用前景，是汽車上最具有減重潛力的部件。本文綜合應用了金相分析、斷口形貌分析等手段研究了高應變速率下鎂合金焊接接頭的力學行為及微觀組織演變。鎂具有很高的化學活性，在常用金屬中其電化學順序排在最后一個。白云石資源遍及各地，特別是山西、寧夏、河南等省區(qū)。鎂合金的其它優(yōu)良性能有：(1)阻尼性，鎂合金具有良好的吸收能量的能力，這種能力可以吸收震動，保證裝備能安靜工作，特別是用于外殼時；(2)尺寸穩(wěn)定性，不需要退火和消除應力就具有尺寸穩(wěn)定性是鎂合金突出的特性；(3)體收縮為6%，是鑄造金屬中最低收縮量中的一種，冷卻至室溫的線收縮為2%左右；(4)在負載的情況下，又具有好的蠕變強度，這種性能對發(fā)動機零件和小型發(fā)動機壓鑄件具有重要意義；(5)抗沖擊和抗壓縮能力，鎂合金具有吸收彈性性能的特性，能產生良好的沖擊強度與壓縮強度的組合，這是旋轉草坪割草機蓋采用鎂合金壓鑄件的原因之一。鎂合金有很好的阻尼性能，吸收沖擊和振動的能力高，適宜制造承受沖擊載荷和振動的零部件。焊接過程中由于高熔點的氧化膜覆蓋熔池,溫度不易控制(鎂的表面張力小,氧化膜在熔化時與鎂合金并無顏色區(qū)別,很難觀察到熔化的程度) ,易造成焊接熱影響區(qū)大塊塌陷,破壞焊縫金屬的形狀及性能。由于增加合金含量會增加金屬間化合物的生成量,增寬凝固溫度范圍,因此,必須控制合金的添加量。幾乎與鎂合金材料的研究開發(fā)同時, 許多從事焊接研究工作的學者就對鎂合金材料的焊接問題作了大量的研究,焊接方法有:鎢極氬弧焊(TIG焊)、激光焊、電子束焊、激光2TIG復合焊、摩擦攪拌焊、電阻點焊,此次實驗所使用的是TIG焊和摩擦攪拌焊，因此主要對這兩種焊接方法作下介紹。這是由于鎂合金的熔點低、導熱快、焊接時需要大功率、電弧加熱面積大、焊接速度慢、熔池金屬液態(tài)停留時間短,造成熱影響區(qū)寬且晶粒粗大,焊接脈沖攪拌熔池的作用促進了焊縫區(qū)等軸晶粒的形成。目前已實現(xiàn)了AZ61[20] 、AZ81A[21] 、AZ91D[22] 等鎂合金的攪拌摩擦焊接。1963年Johnson和Davies通過爆炸驅動膨脹環(huán)研究了材料的特性。 高應變率下材料的應力應變行為及其應變率效應的研究 材料的動態(tài)力學行為研究涉及到許多與靜態(tài)不同的現(xiàn)象及物理化學效應，高應變率加載條件下材料的應力應變響應特性和應變速率敏感性是動態(tài)力學行為研究的中心問題之一。結果顯示動態(tài)強度與應變率大致呈線性關系。材料的微觀結構主要指位錯和孿晶，它們在高應變率下的表現(xiàn)，對材料性能產生重要影響。隨著沖擊波壓力的提高，位錯密度增加。已有的研究發(fā)現(xiàn)在沖擊壓力為7GPa時，密排六方金屬中位錯組織的特征7介于面心立方金屬和體心立方金屬之間，在更高的壓力作用下全屬中會發(fā)生孿晶或相變。第2章 實驗材料及實驗方法 實驗材料及設備 實驗材料試驗材料為AZ31鎂合金板材，其化學成分如下表所示AlZnMnSiCuMg其余為Mg然后用TIG焊和摩擦攪拌焊分別焊接AZ31鎂合金板材如圖21所示。一般來說，高應變速率加載下材料內部的變化過程，本質上是基于波的傳播運動與材料本身的響應相耦合的，而選用SHPB實驗裝置恰好能夠把試件中的波的傳播運動與材料本身的響應進行解耦處理，最終能夠實現(xiàn)高應變速率加載材料的動態(tài)力學特性（應力應變曲線） SHPB實驗裝置示意圖，其主要部分由加載驅動裝置、壓桿測試系統(tǒng)、信號測試與記錄系統(tǒng)組成，其中試件被夾在二壓桿之間。 SHPB壓縮實驗基本原理分離式Hopkinson壓桿的工作原理如圖24所示。SHPB實驗原理是建立在一維假定(又稱平面假定)和均勻假定兩個基本假定的基礎上。影響SHPB試驗精度的主要因素如下：（1）彌散效應 在SHPB試驗技術中，一切分析都是以一維假定作為基礎的。第二個辦法是數(shù)據(jù)處理時盡量選用透射波以及在打擊端附上一層柔性介質。但理論分析顯示，不同效應對試樣尺寸的要求是有所差別甚至是矛盾的，這就要求我們通過試驗對不同尺寸試樣結果的精度進行評估，確定一個誤差在工程允許的尺寸范圍。（砂紙為2600、1000及2000）