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1、. . . . 摘 要我国镁资源极为丰富，镁的储量、产量以与出口量均居世界第一。镁合金由于具有质轻、耐用、减震、可回收性强等众多优点，被公认为最有前途的轻量化材料与二十一世纪的绿色金属材料，将成为继铝合金后又一具有巨大市场的轻金属材料产业，在资源、环保成为经济发展瓶颈的今天，其应用前景十分广阔。特别是Mg-Al系列合金在汽车上有广阔的应用前景，是汽车上最具有减重潜力的部件。但是现有对镁合金材料性能的研究，几乎都是针对镁合金的准静态载荷，缺少高速冲击载荷下的镁合金动态性能数据，这无疑使得将镁合金作为防弹与汽车结构材料的设计缺少了依据。因此，研究镁合金在高速冲击载荷下的力学性能、断裂规律与失效形式
2、可以为提高镁合金安全性设计方面提供理论依据。本文综合应用了金相分析、断口形貌分析等手段研究了高应变速率下镁合金焊接接头的力学行为与微观组织演变。探索高速压缩载荷作用下的镁合金焊接接头变形与失效机制，以便最终提高材料的性能。实验结果表明：在不同应变速率下变形时，两种焊接方法下（TIG焊和摩擦搅拌焊），AZ31 镁合金板材的焊接接头的应力应变曲线几乎重合，说明AZ31 镁合金板材的焊接接头的应力对应变速率不敏感。动态压缩断裂方式均为准解理断裂.冲击试样横截面金相组织均有孪晶，镁合金打击后晶粒大小不均匀。关键词：镁合金焊接接头；动态力学性能；摩擦搅拌焊；微观组织AbstractMagnesium r
3、esources is very rich in China .Magnesium reserves, production and export volume ranked first in the world. Magnesium alloys have been recognized as the most promising lightweight materials and green metallic materials in the twenty-first century because of its light weight, durability, shock absorp
4、tion, recyclable, and many other advantages.It will has a huge market after Aluminum Alloy. And its application has a bright future, in the present when resources, environmental protection has become the bottleneck of economic development. Magnesium alloys, especially Mg-A1 system, have been widely
5、used as structural materials for automobiles to reduce weight. however, the dynamic mechanical properties of magnesium alloy havebeen studied rarely. It is a practical problem that researchershave not connected the dynamic mechanical properties of magnesium alloy with high-speed collision of the car
6、.Therefore, the study of dynamic mechanical properties, fracture and failure mechanismof magnesium alloy can provide theoretical basis for safety design of magnesium alloy.The OM and SEM were used to analysis the microstructure evolution of Magnesium alloy welded joints after the high strain rate, t
7、he SHPB were used to study the dynamic deformation behavior of Magnesium alloy welded joints.The results shows thatunder different rain rate deformation，under two welding methods(TIG welding and friction stir welding)AZ31 welded joints of magnesium alloy sheet stress - strain curves almost coincide,
8、 it shows that stress of AZ31 magnesium alloy is not sensitive to strain rate. The cross-sectional microstructure of sample are twins and the grain size of magnesium alloy combat uniform after impact.Keywords:Magnesium alloy welded joints；dynamic properties;Friction Stir Welding；microstructure目 录摘要I
9、AbstractII第1章前言11.1镁与镁合金简介11.1.1镁的性质与用途11.1.2镁合金的性能特点21.2镁合金的焊接与其应用31.2.1镁合金的焊接特点31.2.2镁合金的焊接方法41.3.镁合金动态力学行为研究现状61.3.1 高应变速率形变试验简介61.3.2 高应变率下材料的应力-应变行为与其应变率效应的研究61.3.3高应变率下材料的微观组织结构变化的研究71.4 本课题的意义与拟采用的方法81.4.1 课题的意义8第2章实验材料与实验方法92.1 实验材料与设备92.1.1 实验材料92.2实验方法102.2.1实验主要设备SHPB简介102.2.2 SHPB压缩实验基本原
10、理112.2.3 SHPB实验原理简介122.3金相试样制备与组织观察152.3.1 加工试样152.3.2 试样的磨制152.3.3 试样的抛光152.3.4 试样的腐蚀162.3.5 金相组织观察162.3.6 断口形貌观察16第3章实验结果与分析173.1 镁合金焊接接头动态压缩力学性能173.1.1TIG焊时镁合金焊接接头动态压缩力学性能173.1.2摩擦搅拌焊时镁合金焊接接头动态压缩力学性能183.1.3应变速率为=2300s-1左右时两种焊接接头数据的比较193.2冲击断口分析203.2.1 解理裂纹介绍203.2.2 TIG焊时冲击断口分析213.2.3 摩擦搅拌焊冲击断口分析2
11、23.3 AZ31镁合金板材焊接金相组织分析233.3.1 TIG焊时AZ31镁合金焊缝与熔合区金相组织233.3.2 摩擦搅拌焊时AZ31镁合金焊缝与熔合区金相组织24第4章实验结论26参考文献27致29 / 第1章 前 言1.1镁与镁合金简介1.1.1镁的性质与用途镁是常用金属材料中最轻的一种，密度约为铝的三分之二，而且在地壳中含量丰富1-3。镁是一种银白色金属，在元素周期表中位于A族，元素符号Mg，原子序数为12，原子量为24.305。镁具有密排六方结构，a=0.3209nm，c=0.5211nm，c/a=1.623。镁具有很高的化学活性，在常用金属中其电化学顺序排在最后一个。镁的标准电
12、极电位比铝低，并且它的表面氧化膜是不致密的，故镁的抗蚀性很差，在潮气、淡水、海水与绝大多数酸、盐溶液中易受腐蚀，与其他金属接触时，会发生接触腐蚀4-5。但镁在干燥的大气、碳酸盐、氟化物、铬酸盐、氢氧化钠溶液、苯、四氯化碳、汽油与不含水和酸的润滑油中却很稳定1。固态镁易发生氧化，镁熔体则易燃烧。 镁的资源十分丰富，镁在地壳中的含量为2.35%，总储量估计为100亿吨以上。海水中的镁含量为0.14%，全世界海水中的含镁量估计为6106吨，真可谓取之不尽，用之不绝。镁的矿物原料主要是菱镁矿和白云石，其次为海水苦卤、盐湖卤水。中国是世界上镁矿资源最丰富的国家，矿石类型全，分布广，总储量居世界第一。白云
13、石资源遍与各地，特别是、等省区。我国盐湖镁矿资源储量十分丰富，特别是，镁盐资源居全国之冠。镁在现代工业中的应用主要包括如下几方面6：(1) 作为生产难熔金属如Ti、Zr、Hf等的还原剂，也可以作为生产铍、硼的还原剂；(2) 可用于铅和锡的脱铋(生成Bi2Mg3)；(3) 作为生产球墨铸铁的球化剂：生铁中加镁，可使铁中鳞片状石墨体球化，生铁的强度增加13倍，它的液体流动性增加0.51倍；(4) 作为生产优质钢的脱硫剂：用颗粒镁脱去高炉生铁中的硫，不仅工艺简单，而且效果好，并可改善钢的可铸性、延展性、焊接性和冲击韧性；(5) 用于制造铝合金：用镁作铝合金的添加剂是镁用量最大的产业，Al-Mg合金不
14、仅耐蚀性好、强度高，而且易于焊接，适用于汽车、航空与航天业；(6) 用于制造镁合金：利用镁重量轻的优点，加入其他元素如Al、Zn、RE等可制取镁合金；(7) 用于制作高储能材料：常压下，镁在250C左右可以和H2作用生成MgH2，其在低压或稍高温度下又能释放氢，因此可以利用镁制造储氢材料7。1.1.2镁合金的性能特点镁合金材料具有密度小、比强度和比刚度高、良好的尺寸稳定性和优良的铸造性能。与其它合金相比，镁的最大优点是质轻，其密度约为1.781.82，是铝合金的64%，钢的23%。镁合金的特点是具有良好的机械加工性能，其切削速度大大高于其它金属，而且另一个突出的特点是不需要磨削和抛光，不使用切
15、削液即可得到光洁的表面。镁合金的弹性模量比铝低，在作受力零件时必须用加强筋或适当增加零件断面厚度，尽管如此，零件的重量仍可减轻20%左右。镁合金的其它优良性能有：(1)阻尼性，镁合金具有良好的吸收能量的能力，这种能力可以吸收震动，保证装备能安静工作，特别是用于外壳时；(2)尺寸稳定性，不需要退火和消除应力就具有尺寸稳定性是镁合金突出的特性；(3)体收缩为6%，是铸造金属中最低收缩量中的一种，冷却至室温的线收缩为2%左右；(4)在负载的情况下，又具有好的蠕变强度，这种性能对发动机零件和小型发动机压铸件具有重要意义；(5)抗冲击和抗压缩能力，镁合金具有吸收弹性性能的特性，能产生良好的冲击强度与压缩强度的组合，这是旋转草坪割草机盖采用镁合金压铸件的原因之一。另外，镁合金还有高的导热率、无毒性、无磁性、不易破碎等优点。镁的特殊性能如密度低、比强度和比刚度高、减振性好、电磁屏蔽性能优异、切削加工性和热成形性好等使其在移动通信、手提计算机等的壳体结构件上以与在汽车、电子、电器、航空航天、国防军工、交通等领域都具有重要的应用价值和广阔的应用前景。 工业态AZ31镁合金是商业化应用最普遍的变形镁合金，工业态AZ31镁合金不经过任何预处理即具有很好的压缩超塑性，在温度为400、初始应变速率围为1.610-41102s
