【摘 要】
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镁合金作为最轻质的金属结构材料,其应用对解决我国汽车工业、航空航天等领域的轻量化问题具有举足轻重的作用。疲劳是构件失效的主要因素之一,研究镁合金的疲劳行为具有非常大的理论和应用价值。本文首先对比了不同挤压工艺对Mg-Gd-Y-Zn-Mn合金微观组织和性能的影响。然后以性能最优工艺的Mg-Gd-Y-Zn-Mn合金为疲劳原料,研究了不同加载条件、不同类型试样的高、低周疲劳性能和疲劳行为。不同挤压工艺获
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镁合金作为最轻质的金属结构材料,其应用对解决我国汽车工业、航空航天等领域的轻量化问题具有举足轻重的作用。疲劳是构件失效的主要因素之一,研究镁合金的疲劳行为具有非常大的理论和应用价值。本文首先对比了不同挤压工艺对Mg-Gd-Y-Zn-Mn合金微观组织和性能的影响。然后以性能最优工艺的Mg-Gd-Y-Zn-Mn合金为疲劳原料,研究了不同加载条件、不同类型试样的高、低周疲劳性能和疲劳行为。不同挤压工艺获得的Mg-Gd-Y-Zn-Mn合金组织均由α-Mg、共晶相及LPSO相组成,呈现双晶态组织特征。相比较一次挤压,二次挤压合金再结晶程度更大,且再结晶区域的平均晶粒尺寸更小,具有更加优异的综合力学性能,抗拉强度为392 MPa,屈服强度为310 MPa,延伸率为14.2%。在低周疲劳实验过程中,二次挤压Mg-Gd-Y-Zn-Mn合金中的细小的再结晶晶粒、高RE（Gd、Y）含量及合金中的特殊的层状LPSO相会阻碍了合金在循环加载过程中的孪生活动,导致合金在不同的应变幅下均表现出对称的滞后回线。尽管在低应变幅度下会发生轻微的循环硬化,但在大多数应变幅度下,循环软化是主要特征。另外,合金具有良好的低周疲劳性能,且应变控制疲劳实验得到的S-N曲线可以用Basquin方程和Manson-Coffin定律很好地描述,此预测模型可以被用于合金构件的抗疲劳设计。合金在低周疲劳实验过程中,一般在试样表面萌生裂纹源,并以穿晶和沿晶并行的方式进行扩展,扩展区呈准解理断裂特征,并在LPSO内部萌生二次裂纹。二次挤压Mg-Gd-Y-Zn-Mn合金具有极为优异的高周疲劳性能。光滑试样（Kt=1）拉-拉高周疲劳极限（10~7）为211.7 MPa,光滑试样旋转弯曲高周疲劳极限（10~7）为188.3 MPa,合金的高周疲劳性能高于其他的变形镁合金,和一些变形高强铝合金相当。但是合金具有较高的缺口敏感性,缺口试样（Kt=3）拉-拉高周疲劳极限（10~7）降低约60.2%,旋转弯曲高周疲劳极限（10~7）降低约43.6%。合金光滑试样在拉-拉轴向加载和旋转弯曲加载过程中,疲劳裂纹都倾向于在表面加工缺陷及表面附近的夹杂物处萌生,并且表现出单源开裂特征,裂纹扩展区呈现准解理的特征。缺口试样在拉-拉轴向和旋转弯曲加载过程中,更容易在四周缺口处产生多个疲劳裂纹源,随后裂纹由四周朝中心进行扩展,同样呈现准解理的特征,裂纹扩展区较光滑试样粗糙。
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