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合金元素对镁变形机制影响的晶体塑性模拟研究
2020-06-04 16:00:26
1.研究背景
镁的室温延伸率是其在民用领域大规模应用的关键变量。实验研究表明,添加合适的合金元素可以促进镁中的非基面滑移或弱化织构,从而提升材料的塑性。然而,这两种效应对塑性的贡献缺乏量化研究。

近日,中国上海交通大学的曾小勤教授和王乐耘教授等人研究了稀土元素Nd和非稀土元素Ca对镁拉伸行为的影响。根据材料的初始织构建立虚拟材料组织,通过粘塑性自洽晶体塑性模型(Visco-Plastic Self Consistent Modeling),实现了对材料拉伸曲线和织构演化的准确模拟。模型给出了每种材料在变形过程中各滑移系对总位错密度的贡献。模拟结果显示,Mg-Ca合金高塑性主要是由于柱面滑移的广泛开启所导致,而Mg-Nd合金中基面滑移仍占主导,高塑性是由于织构弱化所导致。这项工作对于镁合金成分的精准设计提供了理论指导。

图1  Mg-Ca、Mg-Nd和AZ31合金的微观组织

图2  Mg-Ca、Mg-Nd和AZ31合金的拉伸曲线以及模型得到的每种滑移和孪晶系的相对活度

2.文章发表
该文章发表在《Journal of Magnesium and Alloys》2020年第八卷第1期: 

 [1] A. Maldar, L. Wang, G. Zhu, X. Zeng, Investigation of the alloying effect on deformation behavior in Mg by Visco-Plastic Self-Consistent modeling, Journal of Magnesium and Alloys 8(1) (2020) 210-218.

中文摘要

合金元素能显著改变镁的变形行为。本文采用粘塑性自洽(VPSC)模型研究了合金元素对Mg拉伸行为的影响,特别是不同滑移和孪晶系的相对活度。我们在扫描电子显微镜(SEM)下对Mg-0.47wt%Ca、Mg-2wt%Nd和AZ31挤压棒材进行了原位拉伸试验。以电子背散射衍射(EBSD)测量的织构和晶粒尺寸作为VPSC的输入。通过参数优化,VPSC模型成功地再现了每种合金的应力应变曲线。模拟结果表明,三种合金的滑移/孪生行为不同。Mg-0.47wt%Ca表现出强烈的挤压织构,柱面滑移在拉伸变形过程中相当活跃。相比之下,Mg-2wt%Nd的挤压织构较弱,以基面滑移为主。变形时该材料也比其他两种合金具有更多的孪晶。AZ31表现出与Mg-0.47wt%Ca相似的强烈挤压织构,但柱面滑移在其中不太活跃。VPSC模型所揭示的滑移/孪晶行为可以解释三种合金拉伸行为的差异。(JMACCMg)

 

 

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