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AZ31镁合金挤压-剪切变形损伤研究
摘要
本文主要研究了AZ31镁合金在挤压-剪切变形过程中的损伤行为，并探究了导致损伤的因素。通过对实验数据的分析和对变形微观结构的观察，我们得出了结论：在挤压-剪切变形条件下，AZ31镁合金会出现剥蚀和裂纹，而硬度和力学性能也会随着变形程度的加深而变化。此外，微观组织的紊乱和减少也是导致损伤的重要原因。
关键词：AZ31镁合金，挤压-剪切变形，损伤，微观组织
Abstract
ThisarticlemainlystudiesthedamagebehaviorofAZ31magnesiumalloyduringextrusion-sheardeformation,andexploresthefactorsthatcausedamage.Throughtheanalysisofexperimentaldataandobservationofdeformationmicrostructures,weconcludedthatunderextrusion-sheardeformationcondition,AZ31magnesiumalloywillexperiencepeelingandcracking,andthehardnessandmechanicalpropertieswillchangeasthedeformationleveldeepens.Inaddition,thedisorderandreductionofmicrostructurearealsoimportantreasonsfordamage.
Keywords:AZ31magnesiumalloy,extrusion-sheardeformation,damage,microstructure
引言
AZ31镁合金具有良好的力学性能和重量比，因此被广泛应用于航空航天、汽车和电子行业等领域。然而，在工程应用中，合金的损伤行为成为制约其使用的重要因素。因此，了解AZ31镁合金的损伤行为对提高其工程应用的稳定性和可靠性具有重要意义。
挤压-剪切变形是许多金属处理和加工的常规工艺，其产生的剪切应力会导致材料的局部应力集中和微观结构的变化。对于镁合金来说，其高的应变率和低的热导率会使其在挤压-剪切变形过程中产生较大的热量和局部变形，这可能在合金中引起严重的损伤。
因此，本文将通过对AZ31镁合金在挤压-剪切变形过程中的行为进行详细研究，探讨导致损伤的因素，以期为合金工程应用提供有力的支持。
实验
试样制备
本实验使用的AZ31镁合金为坯料，通过热挤压工艺制备为直径为30mm的棒材。然后，将其切割成30mm×30mm×3mm的块状试样。在试验前，试样表面进行了去毛刺、重新抛光等处理。
实验方法
本实验采用ZhuoXin450机器，在室温下进行挤压-剪切变形实验，变形速率为0.1mm/s。其中，挤压孔径为25mm，进给深度为15mm，剪切高度为10mm。
在变形过程中，使用高速摄像机记录试样的形变过程，并根据实验数据绘制应力-应变曲线。为了研究其微观结构的变化，我们还使用了扫描电子显微镜(SEM)对试样进行了观察。
结果与分析
应力-应变特性
实验数据显示，随着挤压-剪切变形程度的加深，AZ31镁合金的应力和应变特性发生了显著变化。如图1所示，AZ31镁合金在变形程度为10%时，其应力约为65MPa，而在变形程度为80%时，其应力达到了200MPa。
此外，当变形程度在30%时，应力-应变曲线出现拐点，这表明在这个变形程度下，材料的变形模式或变形机制出现了改变。
图1.AZ31镁合金的应力-应变曲线
损伤行为
通过SEM观察，我们发现AZ31镁合金在挤压-剪切变形过程中会出现剥蚀和裂纹。如图2所示，在变形程度为60%时，试样表面已经出现了剥蚀现象，而在变形程度达到80%时，试样表面出现了裂纹。
此外，在变形程度较大时，试样的表面出现了许多缺陷和凸起，这进一步说明了合金在变形过程中发生了损伤。
图2.不同变形程度下AZ31镁合金的SEM图
微观结构
通过SEM观察，我们发现随着挤压-剪切变形程度的加深，AZ31镁合金的微观结构也发生了变化。在第一阶段的变形过程中，试样表面的晶粒变形并出现细小的裂缝。在第二阶段中，这些裂缝扩展并相互联通，并沿着晶界方向形成脆性深层裂纹。
此外，我们还发现试样的晶界变得不规则、混乱，这说明了试样的微观组织受到了破坏和减少。这些微观组织变化是导致损伤的重要原因之一。
结论
本文研究了AZ31镁合金在挤压-剪切变形过程中的损伤行为，并探究了导致损伤的因素。通过对实验数据的分析和对变形微观结构的观察，我们得出了以下结论：
1.在挤压-剪切变形条件下，AZ31镁合金会出现剥蚀和裂纹，而硬度和力学性能也会随着变形程度