一种评价镁合金微裂纹萌生的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种评价镁合金微裂纹萌生的方法。
【背景技术】
[0002] 目前，对于金属材料的各类失效中以断裂失效最主要，危害最大。而裂纹是断裂失 效的前奏。所以预测微裂纹的萌生位置对于因裂纹引起的断裂失效有着重要的意义。
[0003] 对于断裂行为的现有研究有两种不同的方法。一种是断裂力学的方法，它是根据 金属的弹性力学及弹塑性理论，并且考虑材料内部存在有缺陷而建立起来的一种研究断裂 行为的方法。另外一种是金属物理的方法，从材料的显微组织，微观缺陷、甚至从分子和原 子的尺度上研究断裂行为的方法。断裂力学的研究方法比较适用于存在比较明显的宏观裂 纹分析。
[0004] 目前针对镁合金材料微裂纹的产生及其导致的失效，现有的研究手段有对变形区 采用离子束画网格（FIB)，通过对网格变形程度绘制应变云图来分析局部应变对微裂纹的 影响，但是该方法重点讨论晶界处局部应变的大小对微裂纹影响，没有考虑晶界周围晶粒 取向，孪晶和滑移的影响。
【发明内容】
[0005] 本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种评价镁合金微裂纹萌生的方 法，可以实现从介观尺度（晶粒内和晶粒间）对镁合金微裂纹萌生进行观察和定量评价，预 测晶界微裂纹的发生位置从而预防因微裂纹扩展引起的材料断裂失效。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：
[0007] 本发明提供一种评价镁合金微裂纹萌生的方法，其包括以下步骤：
[0008]S11 :采用原位拉伸的方法，获得原位扫描电镜（SEM)以及原位电子背散射衍射 (EBSD)的数据；
[0009] S12:根据所述原位扫描电镜以及原位电子背散射衍射的数据，获得代表晶粒取向 信息的欧拉角；
[0010] S13:根据所述欧拉角，计算出裂纹萌生参量F1，预测微裂纹可能萌生的位置。
[0011] 针对微裂纹的萌生及扩展的观察和研究，需要采用可以一边变形一边原位观察材 料微观形貌的手段，而原位SEM和原位EBSD可以从介观尺度（晶粒内和晶粒间）跟踪几十 到一百个晶粒的变形行为。原位SEM可以捕捉到微裂纹的产生及扩展的情况，原位EBSD的 观察可以提供晶粒取向及孪晶的信息，方便分析裂纹周围的晶粒环境对其影响。裂纹萌生 参量F1的计算可以量化分析裂纹萌生和周围晶粒取向，孪生的交互作用以及外加应力方 向的关系，对微裂纹萌生位置的预测起到重要作用。
[0012] Bieler等人定义了裂纹萌生参量（fip)，并且发现裂纹萌生参量F1值可以很好地 评估TiAl合金裂纹萌生情况；Fallahi，A，Kumar，D等人统计了TiAl合金大量晶粒组的F1 值，结果发现98%的有裂纹的晶粒的F1值大于完整晶粒，并且还将进一步对Ti合金的晶粒 组进行试验。
[0013]目前，采用裂纹萌生参量F1值对晶界处裂纹进行预测的方法还没有被用于同样 以滑移和孪生为主要变形机制的Mg合金，因此本发明方法借鉴了其他金属材料对裂纹的 研究方法，结合镁合金的变形特点，提出了一种全新的评价镁合金微裂纹萌生的计算方法。
[0014] 较佳地，所述步骤S11具体包括以下步骤：
[0015] S111 :制备原位拉伸试样；
[0016] S112 :对原位拉伸试样进行表面处理；
[0017]S113:进行原位拉伸实验，获得同一变形量下变形区的扫描电子显微图像和电子 背散射衍射图像。
[0018] 较佳地，所述步骤S111具体为：对镁合金进行线切割，加工成片状的拉伸片。
[0019] 较佳地，所述步骤S112具体为：对原位拉伸试样进行打磨、抛光、腐蚀以及烘干。
[0020] 较佳地，所述步骤S112中的打磨具体为：依次采用800、1200、4000号水磨砂纸对 所述原位拉伸试样进行打磨，每一步的时间为lmin。
[0021] 较佳地，所述步骤S112中的抛光具体为：依次采用粒度为6μηι、3μπι、1μπι的油基 金刚石悬浮液，然后采用粒度为〇. 05μm的硅胶溶液对所述原位拉伸试样进行抛光，时间 依次为 12min、5min、5min、8min〇
[0022] 较佳地，所述步骤S112中的腐蚀所采用的腐蚀液的比例为：5ml硝酸、15ml乙酸、 60ml酒精以及20ml水，腐蚀时间为1~2s。
[0023] 较佳地，所述步骤S113具体为：所述步骤S113具体为：将所述原位拉伸试样安装 在拉伸台的夹具上，使所述夹具下面的垫块倾斜预设角度，在保持不卸载的情况下进行单 向拉伸，同时获得同一变形量下变形区的扫描电镜图像和电子背散射电子衍射图像。
[0024] 较佳地，所述步骤S13具体为：微裂纹萌生参量的计算公式为：
[0025]
[0026] 其中：mslip/tw表示该组晶粒中孪晶或者滑移带的最大的schimidfactor，bsWt"表 示mslip/tl^应的单位伯氏矢量，f表示拉伸应力方向，表示两个相邻晶粒剩余位错的单 位伯氏矢量。
[0027] 相较于现有技术，本发明具有以下优点：
[0028] (1)本发明提供的评价镁合金微裂纹萌生的方法，结合原位拉伸方法和裂纹萌生 参量，原位拉伸方法可以动态观察镁合金原位拉伸过程中晶粒内滑移和孪生的信息以及微 裂纹萌生，微裂纹萌生参量综合评价了晶界处微裂纹的萌生和周围晶粒的取向以及应力方 向的相关性，F1值补充了裂纹的形核机制，可以预测微裂纹的形核及发生的位置；
[0029] (2)本发明可以从介观尺度对镁合金微裂纹萌生进行评价，裂纹萌生参量包括三 部分几何参量，充分讨论了晶粒取向所对应的schimidfactor，相邻晶粒的剩余位错以及 晶粒内滑移和孪生的交互作用及应力方向对微裂纹萌生的影响，并能定量描述，可以更准 确地预测为裂纹的发生位置，对镁合金的塑形提高至关重要。
[0030] 当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
【附图说明】
[0031] 下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明：
[0032]图1为本发明的评价镁合金微裂纹萌生的方法的流程图；
[0033] 图2为本发明的原位拉伸过程中的力-位移曲线；
[0034] 图3为本发明的由于孪晶或者滑移相互作用而萌生的晶界裂纹示意图。
【具体实施方式】
[0035] 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。
[0036] 结合图1-图3,对本发明的评价镁合金微裂纹萌生的方法进行详细描述，如图1所 示为其流程图，其包括以下步骤：
[0037]S11:采用原位拉伸的方法，获得原位扫描电镜（SEM)以及原位电子背散射衍射 (EBSD)的数据；
[0038]S12:通过0頂软件，根据原位扫描电镜（SEM)以及原位电子背散射衍射（EBSD)的 数据，获得代表晶粒取向信息的欧拉角；
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