激光沖擊強(qiáng)化對(duì)AZ31和AZ80-T6鎂合金顯微組織及力學(xué)性能的影響

張青來，邵　偉，張冰昕，吳鐵丹，王　榮（.江蘇大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，鎮(zhèn)江 03；.上海交通大學(xué)，密西根學(xué)院，上海 0040）

激光沖擊強(qiáng)化對(duì)AZ31和AZ80-T6鎂合金顯微組織及力學(xué)性能的影響

張青來1，邵偉1，張冰昕2，吳鐵丹1，王榮1
（1.江蘇大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，鎮(zhèn)江 212013；2.上海交通大學(xué)，密西根學(xué)院，上海 200240）

為了研究激光沖擊強(qiáng)化（LSP）對(duì)鎂合金力學(xué)性能的影響，采用電子萬能拉伸機(jī)和顯微硬度測試儀研究AZ31 和AZ80D-T6鎂合金拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線和顯微組織。結(jié)果表明：經(jīng)LSP處理后，AZ80-T6和AZ31合金的抗拉強(qiáng)度分別增加4.6％和15.7％，其表層硬度分別增加22.7％和31.8％；AZ31合金激光沖擊強(qiáng)化效果比AZ80D-T6合金的更加顯著，激光沖擊產(chǎn)生高幅殘余壓應(yīng)力和高密度孿晶以及細(xì)小片層狀、短棒狀或動(dòng)態(tài)析出β相，晶粒細(xì)化形成超細(xì)晶，并討論預(yù)時(shí)效β析出相對(duì)鎂合金激光沖擊強(qiáng)化的影響和拉伸斷口特征。

鎂合金；激光沖擊強(qiáng)化；應(yīng)力-應(yīng)變曲線；力學(xué)性能；顯微組織

激光沖擊強(qiáng)化（Laser shock processing, LSP）作為表面改性技術(shù)，是利用激光在納秒時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的超高壓力，使材料表層產(chǎn)生劇烈的塑性形變、殘余壓應(yīng)力和晶粒細(xì)化，從而提高了材料的耐疲勞性[1-2]、耐腐蝕性[3-5]和力學(xué)性能[6]。關(guān)于鎂合金激光沖擊強(qiáng)化及其力學(xué)性能的研究，目前主要集中在AZ31變形鎂合金，由于Al和Zn合金元素含量較少，通過塑性變形強(qiáng)化基體來提高其力學(xué)性能。葛茂忠等[7]采用脈沖寬度15 ns、脈沖能量10 J和光斑直徑3mm的激光沖擊處理AZ31試樣，其抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和表面硬度分別提高了16.9％、16.3％和91.8％。迄今為止，尚未見關(guān)于時(shí)效型鎂合金激光沖擊強(qiáng)化方面的研究報(bào)道，這涉及到時(shí)效析出大量的β-Mg17Al12相[8-9]，β相體積分?jǐn)?shù)的增加將使鎂合金激光沖擊形變強(qiáng)化變得更加復(fù)雜。AZ80鎂合金是典型的時(shí)效強(qiáng)化合金，時(shí)效時(shí)沿晶界和晶內(nèi)析出大量連續(xù)或非連續(xù)的β-Mg17Al12相，這樣可以通過時(shí)效和激光沖擊復(fù)合強(qiáng)化方式來提高AZ80鎂合金強(qiáng)度。高密度析出相有利于提高 ZK60鎂合金強(qiáng)度和伸長率[10-11]。羅新民等[12]指出，Ti-6Al-4V鈦合金中α和β相的激光沖擊形變強(qiáng)化效表現(xiàn)出明顯的擇優(yōu)傾向。因此，研究預(yù)時(shí)效對(duì)鎂合金激光沖擊強(qiáng)化及其微結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響具有理論意義和應(yīng)用價(jià)值。

本文作者以AZ31和AZ80鎂合金為研究對(duì)象，對(duì)比研究LSP對(duì)鎂合金的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線和力學(xué)性能的影響，探討預(yù)時(shí)效析出的β-Mg17Al12析出相對(duì)鎂合金激光沖擊強(qiáng)化效應(yīng)及其力學(xué)行為的影響。

1　實(shí)驗(yàn)

本研究中選用AZ31和AZ80D鎂合金軋制板材，用線切割加工成拉伸試樣，其尺寸示意圖如圖1（a）所示。AZ31板材的退火制度（T4）如下：300℃、30 min、AC；AZ80D板材時(shí)效制度（T6）如下：首先進(jìn)行固溶處理，410℃、3 h、AC；然后再進(jìn)行時(shí)效處理，170℃、16 h、AC。

在激光沖擊過程中，用流動(dòng)的去離子水作為約束層，黑色膠帶作為吸收層，光斑搭接率為50％，沖擊區(qū)域尺寸為25.4mm×6.35mm，LSP后拉伸試樣如圖1（b）所示。激光器參數(shù)：激光脈沖能量為5 J，光斑直徑為3mm，脈寬20 ns，波長為1064nm，功率密度為 3.53 GW/cm2。激光功率密度 I計(jì)算公式為I=4E/（πτD2），其中，E為激光脈沖能量，τ為脈寬，D為光斑直徑。拉伸試驗(yàn)在WDW-E200型微機(jī)控制電子萬能拉伸機(jī)上進(jìn)行，拉伸速率為1×10-3s-1。

采用X350A型X射線應(yīng)力測定儀測試激光沖擊靶材的殘余應(yīng)力。運(yùn)用HVS-1000Z型顯微硬度儀測量沖擊橫斷面的顯微硬度。利用LEICA DM2500M型正置透反射光學(xué)顯微鏡、JEOL JSEM-7001F型熱場發(fā)射高分辨率電鏡和JEOL JEM-2100型高分辨透射電子顯微鏡分別對(duì)鎂合金顯微組織、拉伸斷口和 TEM結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察和分析。

圖1　鎂合金拉伸試樣尺寸示意圖和LSP試樣照片F(xiàn)ig.1　Schematic diagram of tensile specimen size（a）and LSP specimen photo（b）of magnesium alloy （Unit：mm）

2　結(jié)果與分析

2.1LSP對(duì)鎂合金微觀結(jié)構(gòu)的影響

圖2所示為激光沖擊前后AZ31鎂合金的金相組織和TEM像。經(jīng)熱軋和消除應(yīng)力退火后，AZ31鎂合金薄板由均勻分布的細(xì)小等軸晶組成，晶界和晶內(nèi)存有少量顆粒狀的Mg17Al12相（見圖2（a）中箭頭所指黑色顆粒）、孿晶和位錯(cuò)，如圖2所示。高應(yīng)變速率激光沖擊處理后，鎂合金表層形成大量的孿晶（見圖 2（a′））和高密度平行位錯(cuò)（見圖2（b′）），晶粒被細(xì)化形成超細(xì)晶，根據(jù) Jade 分析軟件和電子衍射圖可以確定組織內(nèi)部存在的 Mg2Al3和 Mg17Al12相（黑色顆粒），如圖 2（c′）所示。

圖3所示為AZ80D-T6鎂合金的金相組織和TEM像。AZ80D鎂合金在熱軋過程中發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，晶粒被細(xì)化而形成均勻分布的細(xì)小等軸晶，其平均晶粒尺寸為25μm。固溶后的時(shí)效處理導(dǎo)致β-Mg17Al12相重新從基體中分解析出，β-Mg17Al12析出相分布于晶界和晶內(nèi)，如圖 3（a）所示。在高倍透射電鏡下觀察到兩種類型β析出相：細(xì)小片層狀非連續(xù)析出相（DP）和細(xì)小顆粒狀連續(xù)析出相（CP）[8, 13]，如圖3（b）和（c）所示。

圖2　LSP前后AZ31鎂合金顯微組織和TEM像Fig.2　Microstructures and TEM images of AZ31 alloy before（（a）, （b）, （c））and after（（a′）, （b′）, （c））：（a）, （a′）LSP；（b）, （b′）OM；（c）, （c′）TEM

圖3　AZ80-T6鎂合金顯微組織和TEM 像Fig.3　Microstructure and TEM images of AZ80-T6 alloy：（a）OM；（b）, （c）TEM

圖4所示為激光沖擊后AZ80D-T6鎂合金的金相組織和 TEM像。經(jīng) LSP處理后，AZ80-T6合金中β-Mg17Al12析出相仍由DP和CP組成，析出相在沖擊波作用下被破碎，且分布（見圖4（a））比未強(qiáng)化試樣中的析出相（見圖3（a））變得更加均勻，但LSP未改變鎂合金的物相組成。從微結(jié)構(gòu)形態(tài)來看，α基體和β析出相的強(qiáng)化效應(yīng)具有擇優(yōu)傾向，即α基體的形變強(qiáng)化明顯，在 β析出相片層間形成大量高密度位錯(cuò)（見圖4（b）），而在片狀析出 β相內(nèi)部可見低密度位錯(cuò)（見圖4（c）），故脈沖能量在α基體和析出β相內(nèi)部誘發(fā)了不同位錯(cuò)組態(tài)。在表層產(chǎn)生明顯的組織細(xì)化層，觀察到形成的超細(xì)Mg2Al3和Mg17Al12析出相（見圖4（d）中箭頭所指的黑色顆粒）和非連續(xù)的細(xì)小短棒狀 β析出相（見圖4（e）），這些細(xì)小的β析出相可能與激光沖擊波和動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效（DSA）相關(guān)，這涉及到LSP是否會(huì)誘導(dǎo)AZ80鎂合金產(chǎn)生DSA現(xiàn)象[14]。尚未見有關(guān)AZ80鎂合金DSA溫度方面的研究報(bào)道，但AZ91D和AZ81鎂合金 DSA溫度區(qū)間為-25～200℃[15-16]。根據(jù)文獻(xiàn)[17]，高密度位錯(cuò)可降低析出相的熱擴(kuò)散激活能，促進(jìn)析出相形核，同時(shí)為原子的管道擴(kuò)散提供通道，加速溶質(zhì)原子擴(kuò)散和析出相長大，促使峰時(shí)效提前。因此，超高應(yīng)變速率激光沖擊產(chǎn)生的高密度位錯(cuò)（見圖4（b）和（c））會(huì)促使AZ80-T6合金發(fā)生DSA，形成細(xì)小動(dòng)態(tài)析出β相（見圖4（e）），在表層還可觀察到互成一定角度的不連續(xù)片狀β析出相（見圖4（f））。根據(jù)文獻(xiàn)[18]，與基體的主滑移面垂直或成一定角度的不連續(xù)片狀 β析出相對(duì)合金具有一定的強(qiáng)化效果。

圖4　激光沖擊后AZ80D-T6合金的顯微組織Fig.4　Microstructures of AZ80D-T6 alloy after LSP：（a）OM image；（b）～（f）TEM images

2.2殘余應(yīng)力與顯微硬度

激光沖擊靶材的表面殘余應(yīng)力和強(qiáng)化層厚度不僅取決于激光沖擊參數(shù)，而且與合金組織結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。

表1所列為LSP處理前后鎂合金表面層殘余應(yīng)力測試值。殘余應(yīng)力測試結(jié)果表明：激光沖擊后鎂合金表面應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生了改變，由殘余拉應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)闅堄鄩簯?yīng)力，如AZ31和AZ80D-T6合金表面最大殘余壓應(yīng)力值分別為（-123±21）MPa和（-71±8）MPa，AZ31合金的表面殘余壓應(yīng)力值高于AZ80-T6合金的。由此可得出，合金中β析出相體積分?jǐn)?shù)對(duì)殘余壓應(yīng)力值具有較大的影響，即β析出相體積分?jǐn)?shù)越大，激光沖擊波誘導(dǎo)的殘余壓應(yīng)力值越小，反之亦然。

表1　LSP處理前后鎂合金表面殘余應(yīng)力測試值Table 1　Tested value of surface residual stresses of Mg alloys before and after LSP

圖 5所示為 LSP處理鎂合金表面層厚向硬度分布。由圖5可知，LSP處理后AZ31和AZ80D-T6鎂合金表層硬度分別由原始的66HV0.1和87.7HV0.1提高到 86.9HV0.1和 108.3HV0.1，增幅分別為 31.8％和22.7％，即LSP處理使AZ31合金表層產(chǎn)生較好的形變硬化效應(yīng)，其表層的強(qiáng)化效果高于AZ80-T6合金的。同樣說明，合金中β析出相體積分?jǐn)?shù)越小或α基體體積分?jǐn)?shù)越大，LSP引起的表層硬化效果就越大。

2.3LSP對(duì)鎂合金力學(xué)性能的影響

圖 6和表 2所示分別為 LSP前后 AZ31和AZ80D-T6鎂合金的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線和力學(xué)性能。由圖 6中的應(yīng)力-應(yīng)變曲線可觀察到，所有狀態(tài)鎂合金試樣拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線均具有相同特征，即在拉應(yīng)力作用下沒有明顯的屈服平臺(tái)（沒有屈服點(diǎn)），經(jīng)過彈性應(yīng)變后直接進(jìn)入塑性變形。由表2可知，經(jīng)LSP處理后，AZ31合金抗拉強(qiáng)度由原始的261 MPa增至302 MPa，增幅為15.7％，而AZ80D-T6合金的抗拉強(qiáng)度則由原始的326 MPa提高到341 MPa，增加了4.6％。因此，AZ31合金的激光沖擊強(qiáng)化效應(yīng)比 AZ80D-T6合金的更明顯，這歸結(jié)于激光沖擊產(chǎn)生的高幅值殘余壓應(yīng)力（見表1）和表面硬化層（見圖5）的貢獻(xiàn)。

眾所周知，激光沖擊波誘導(dǎo)的表面殘余壓應(yīng)力不僅可平衡所承受的部分拉應(yīng)力，抑制裂紋的產(chǎn)生，而且對(duì)裂紋尖端起到閉合作用，阻止微裂紋的擴(kuò)展，降低裂紋擴(kuò)展速率，可有效提高合金的斷裂強(qiáng)度[1-2]，說明殘余壓應(yīng)力值越大，對(duì)提高合金強(qiáng)度的貢獻(xiàn)也越大。

圖6　鎂合金拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.6　Tensile stress-strain curves of Mg alloys

激光沖擊強(qiáng)化引起的晶粒細(xì)化也是改善合金強(qiáng)度的重要原因之一。對(duì)多相合金來說，除晶粒細(xì)化外，不同析出相受激光沖擊強(qiáng)化所致的內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)是非常復(fù)雜的，其形變強(qiáng)化效果也不同，如兩相Ti-6Al-4V鈦合金和時(shí)效 AZ80-T6鎂合金。根據(jù)羅新民等[12]在α/β兩相Ti-6Al-4V鈦合金激光沖擊強(qiáng)化基礎(chǔ)上提出的“應(yīng)變屏蔽效應(yīng)”，表面形變強(qiáng)化是一種依賴于晶體內(nèi)部位錯(cuò)演變的應(yīng)變強(qiáng)化過程，LSP造成的高密度位錯(cuò)會(huì)在 α/β兩相結(jié)構(gòu)合金內(nèi)部誘發(fā)強(qiáng)度的內(nèi)應(yīng)力場，α 和 β相表現(xiàn)出不同的形變強(qiáng)化效果和明顯的擇優(yōu)傾向，由于激光沖擊加載時(shí)間極短，無充裕時(shí)間和溫度使材料發(fā)生回復(fù)或再結(jié)晶，結(jié)果形變強(qiáng)化效應(yīng)得以保留。本研究中AZ31和AZ80鎂合金金相組織和TEM結(jié)構(gòu)表明，LSP表層產(chǎn)生大量孿晶和高密度位錯(cuò)，且α基體比 β相內(nèi)部產(chǎn)生更高的密度位錯(cuò)（見圖 2（b）和4（b）、（c）），以致α基體和β相表現(xiàn)出了不同的激光沖擊形變強(qiáng)化傾向。因此，LSP誘導(dǎo)的AZ80D-T6合金的表層形變強(qiáng)化效果小于AZ31合金的，預(yù)時(shí)效的β析出相體積分?jǐn)?shù)對(duì)鎂合金激光沖擊強(qiáng)化效應(yīng)有較大的影響，而晶體內(nèi)部位錯(cuò)的應(yīng)變強(qiáng)化是LSP導(dǎo)致鎂合金高強(qiáng)度和高殘余壓應(yīng)力的重要內(nèi)因之一。

2.4斷口特征

圖7所示為經(jīng)LSP處理前后AZ31鎂合金的拉伸斷口形貌。未沖擊試樣拉伸斷口呈韌性斷裂，均勻分布著大量等軸韌窩，韌窩小而淺，如圖 7（a）所示；由圖 7（b）～（d）可見，沖擊強(qiáng)化層斷口呈表面光滑的典型河流狀特征，屬于脆性斷裂，微裂紋“層裂”產(chǎn)生于次表層，這種裂紋沿拉應(yīng)力與壓應(yīng)力區(qū)間弱界面產(chǎn)生，這是由激光沖擊導(dǎo)致靶材表面或厚向殘余拉一壓應(yīng)力分布[1]和應(yīng)變硬化程度不同所致。

圖8所示為LSP前后AZ80D-T6鎂合金拉伸斷口形貌。由圖8可見，未沖擊拉伸斷口呈冰糖葫蘆狀和河流臺(tái)階狀，具有明顯的解理面，屬于解理斷裂，如圖8（a）所示；LSP處理試樣斷口也屬于解理斷裂，特征是細(xì)小等軸韌窩和小解理面（見圖 8（b））；在沖擊區(qū)弱界面（即拉—壓應(yīng)力界面）觀察到“Z”字型裂紋“層裂”（見圖8（c）中箭頭所指），該裂紋沿晶界擴(kuò)展，其周圍存在一些河流狀臺(tái)階，在裂紋深處存在大量細(xì)小的等軸韌窩和小解理面（見圖8（d））。

表2　鎂合金力學(xué)性能Table 2　Mechanical property of Mg alloys

圖7　AZ31鎂合金拉伸試樣斷口的SEM像Fig.7　SEM images of AZ31 alloy tensile fracture：（a）Before LSP；（b）-（d）After LSP

綜上所述可知，LSP處理的AZ31和AZ80D-T6鎂合金試樣拉伸斷口特征均為脆性型斷裂，斷面呈河流狀，裂紋產(chǎn)生于激光沖擊區(qū)拉一壓應(yīng)力弱界面。

圖8　AZ80D-T6鎂合金拉伸斷口的SEM像Fig.8　SEM images of tensile fracture of AZ80D-T6 alloy：（a）Before LSP；（b）-（d）After LSP

3　結(jié)論

1）激光沖擊使鎂合金表面層產(chǎn)生高幅殘余壓應(yīng)力和高密度孿晶及位錯(cuò)，晶粒細(xì)化而形成超細(xì)晶，并形成不同位向的β-Mg17Al12析出相：與基體基面形成平行或垂直或成一定角度的片層狀β相，還有細(xì)小短棒狀以及動(dòng)態(tài)析出β相。

2）拉伸試驗(yàn)結(jié)果表明，LSP處理提高了鎂合金抗拉強(qiáng)度和表面硬度，但伸長率出現(xiàn)下降現(xiàn)象，即AZ80-T6和AZ31鎂合金的抗拉強(qiáng)度分別增加4.6％和15.7％，其表層顯微硬度分別增加22.7％和31.8％，說明AZ31比AZ80D-T6鎂合金激光沖擊強(qiáng)化效果更加明顯。AZ31和 AZ80D-T6合金拉伸斷口特征均為脆性斷裂，微裂紋產(chǎn)生于拉應(yīng)力與壓應(yīng)力間弱界面。

REFERENCES

[1] 張青來, 吳鐵丹, 錢陽, 王榮, 洪妍鑫, 陳駿.AZ91D-T6鑄造鎂合金激光沖擊強(qiáng)化和高周疲勞性能研究[J].中國激光, 2014, 41（10）：1003008.ZHANG Qing-lai, WU Tie-dan, QIAN Yang, WANG Rong, HONG Yan-xin, CHEN Jun.Study on high cycle fatigue properties and laser shock processing of AZ91D-T6 cast magnesium alloy[J].Chinese Journal of Laser, 2014, 41（10）：1003008.

[2] 黃舒, 周建忠, 蔣素琴, 盛杰, 徐增闖, 阮鴻雁.AZ31B鎂合金激光噴丸后的形變強(qiáng)化及疲勞斷口分析[J].中國激光, 2010, 38（8）：1-7.HUANG Shu, ZHOU Jian-zhong, JIANG Su-qin, SHENG Jie, XU Zen-chuang, YUAN Hong-yan.Study on strain hardening and fatigue fracture of AZ31B magnesium alloy after laser shot peening[J].Chinese Journal of Laser, 2010, 38（8）：1-7.

[3] LI X C, ZHANG Y K, CHEN J F, LU Y L.Effect of laser shock processing on stress corrosion cracking behavior of AZ31 magnesium alloy at slow strain rate[J].Materials Science and Technology, 2013, 29（5）：626-630.

[4] 葛茂忠, 項(xiàng)建云, 張永康.激光沖擊處理對(duì) AZ31B鎂合金焊接件抗應(yīng)力腐蝕的影響[J].中國激光, 2012, 39（12）：1203007.GE Mao-zhong, XIANG Jian-yun, ZHANG Yong-kang.Effect of laser shock processing on resistance to stress corrosion cracking of tungsten inert-gas welded AZ31B magnesium alloy[J].Chinese Journal of Laser, 2012, 39（12）：1203007.

[5] 張青來, 錢陽, 安志斌, 李興成, 張永康, 王思順.基于激光沖擊的鎂合金在NaCl溶液中電化學(xué)腐蝕的研究[J].中國激光, 2014, 41（9）：0903002.ZHANG Qing-lai, QIAN Yang, AN Zhi-bin, LI Xing-cheng, ZHANG Yong-kang, WANG Si-shun.Study on electrochemical corrosion of magnesium alloys by LSP in NaCl solution[J].Chinese Journal of Laser, 2014, 41（9）：0903002.

[6] GENCALP I S, SAKLAKOGLU N, AKMAN E, DEMIR A.Pulsed Nd：YAG laser shock processing effects on mechanical properties of 6061-T6 alloy[J].Optics and Laser Technology, 2014, 56（3）：273-277.

[7] 葛茂忠, 項(xiàng)建云, 張永康.激光沖擊處理對(duì) AZ31B鎂合金力學(xué)性能的影響[J].材料工程, 2013（9）：54-59.GE Mao-zhong, XIANG Jian-yun, ZHANG Yong-kang.Effect of laser shock processing on mechanical properties of AZ31B magnesium alloy[J].Journal of Materials Engineering, 2013（9）：54-59.

[8] ZHAO D G, WANG Z Q, ZUO M, GENG H R.Effects of heat treatment on microstructure and mechanical properties of extruded AZ80 magnesium alloy[J].Materials and Design, 2014, 56（4）：589-593.

[9] WANG Z T, YANG Y Q, LI B C, ZHANG Y H, ZHANG Z M.Effect of hot-deformation on microstructure and mechanical properties of AZ80 magnesium alloy [J].Materials Science and Engineering A, 2013, 582（10）：36-40.

[10] CHEN X H, HUANG X W, PAN F S, TANG A T, WANG J F, ZHANG D F.Effects of heat treatment on microstructure and mechanical properties of ZK60 Mg alloy[J].Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2011, 21（4）：754-760.

[11] 宋波, 辛仁龍, 劉慶.析出相對(duì)鎂合金變形機(jī)理影響的研究進(jìn)展[J].中國有色金屬學(xué)報(bào), 2011, 21（11）：2719-2731.SONG Bo, XIN Ren-long, LIU Qing.Research progress on effect of precipitation on deformation mechanism of magnesium alloys[J].The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2011, 21（11）：2719-2731.

[12] 羅新民, 趙廣志, 張永康, 陳康敏, 羅開玉, 任旭東.Ti-6Al-4V激光沖擊強(qiáng)化及其微結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析[J].金屬學(xué)報(bào), 2012, 48（9）：1116-1122.LUO Xin-min, ZHAO Guang-zhi, ZHANG Yong-kang, CHEN Kang-min, LUO Kai-yu, REN Xu-dong.Laser shock processing of Ti-6Al-4V and analysis of its microstructure response[J].Acta Metallurgica Sinica, 2012, 48（9）：1116-1122.

[13] Lü C L, LIU T M, LIU D J, JIANG S, ZENG W.Effect of heat treatment on tension-compression yield asymmetry of AZ80 magnesium alloy[J].Materials and Design, 2012, 33（1）：529-533.

[14] 錢匡武, 李效琦, 蕭林鋼, 陳文哲, 張好國, 彭開萍.金屬和合金中的動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效現(xiàn)象[J].福州大學(xué)學(xué)報(bào), 2001, 29（6）：8-23.QIAN Kuang-wu, LI Xiao-qi, XIAO Lin-gang, CHEN Wen-zhe, ZHANG Hao-guo, PENG Kai-ping.Dynamic strain aging phenomenon in metals and alloys[J].Journal of Fuzhou University, 2001, 29（6）：8-23.

[15] 林娜, 曾紹峰, 彭開萍, 陳文哲.AZ91D 變形鎂合金的動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效現(xiàn)象[J].中國有色金屬學(xué)報(bào), 2010, 20（8）：1455-1460.LIN Na, ZENG Shao-feng, PENG Kai-ping, CHEN Wen-zhe.Dynamic strain aging phenomenon of AZ91D wrought magnesium alloys[J].The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2010, 20（8）：1455-1460.

[16] 陳立佳, 茆亮, 張思倩, 馬春艷, 李鋒.熱擠壓 AZ81鎂合金的拉伸變形行為[J].沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2008, 30（4）：419-428.CHEN Li-jia, MAO Liang, ZHANG Si-qian, MA Chun-yan, LI Feng.Tensile deformation behavior of hot-extruded AZ81 magnesium alloy [J].Journal of Shenyang University of Technology, 2008, 30（4）：419-428.

[17] 王秀芳, 武高輝, 姜龍濤, 孫東立.位錯(cuò)對(duì)高體積分?jǐn)?shù)SiCp/2024Al時(shí)效行為的影響[J].復(fù)合材料學(xué)報(bào), 2004, 21（1）：61-67.WANG Xiu-fang, WU Gao-hui, JIANG Long-tao, SUN Dong-li.Effect of dislocations on the aging behavior of high volume fraction SiCp/2024Al composite[J].Acta Materiae Compositae Sinica, 2004, 21（1）：61-67.

[18] 唐偉, 韓恩厚, 徐永波, 劉路.熱處理對(duì) AZ80鎂合金結(jié)構(gòu)及性能的影響[J].金屬學(xué)報(bào), 2005, 41（11）：1199-1206.TANG Wei, HAN En-hou, XU Yong-bo, LIU Lu.Effect of heat treatment on microstructure and properties of AZ80 magnesium alloy[J].Acta Metallurgica Sinica, 2005, 41（11）：1199-1206.

（編輯李艷紅）

Effect of laser shock processing on microstructures and mechanical properties of AZ31 and AZ80D-T6 magnesium alloys

ZHANG Qing-lai1, SHAO Wei1, ZHANG Bing-xin2, WU Tie-dan1, WANG Rong1
（1.School of Materials Science and Engineering，Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China；2.Joint institute, University of Michigan- Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China）

In order to study the effect of laser shock processing （LSP）on mechanical properties of magnesium alloys, the tensile stress-strain curves and microstructures of AZ31 and AZ80D-T6 magnesium alloys were investigated by electronic universal tensile machine and microhardness test.The results show that after LSP, the tensile strengths of AZ80-T6 and AZ31 alloys increase by 4.6％ and 15.7％, the surface hardnesses increase by 22.7％ and 31.8％, respectively.The strengthening effect of LSP on AZ31 is more significant than that on AZ80D-T6.The LSP generates high value residual compressive stress and high-density twins as well as the fine lamellar or short columnar or dynamic precipitation β phases.The grains are refined and the ultrafine grains are formed.The effect of pre-aged β precipitates on LSP strengthening effect and tensile fracture characteristics were discussed.

magnesium alloy；laser shock processing；stress-strain curve；mechanical property；microstructure

TN249；TG146.2+

A

1004-0609（2015）10-2680-08

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51175231）

2015-01-06；

2015-05-18

張青來，教授，博士；電話：13641843740；E-mail：zhangql196210@163.com