基于层片状LPSO /Mg双相结构的镁合金双峰组织形成和塑性变形机制研究

In this project, Mg-Gd-Zn sery alloys with long period stacking order (LPSO) structure will be selected as studied alloys. By theories and experiment studies, the effect of thermal deformation and heat treatment processes on the formation of 18R-LPSO and 14H-LPSO structures and evolution regular will be systematically studied. It could be clarified that the formation conditions and mechanism of bi-modle structure based on lamellar LPSO/Mg two-phase structure.The plastic deformational behaviors and strengthening-toughening mechanisms of LPSO structures can be obtained.At last, effective microstructural controlling technologies can be obtained.The molds including compositons, processes, microstructures, properties could be bulit. The designing regular of high performance Mg alloys can be achieved,which will act as theoretical and experimental guidance in the development and application of Mg alloys with ultra-high strength and high tougheness.

本项目以含长周期堆垛有序(LPSO)结构的Mg-Gd-Zn合金系为研究对象，系统研究热变形及热处理工艺对层片状18R-LPSO和14H-LPSO结构的形成、演变规律影响，探明基于层片状LPSO /Mg双相结构的双峰组织的热力学形成条件和机制；探明LPSO结构的塑性变形行为和强韧化机制，制备具有不同组织形态的镁合金材料，探索基于LPSO结构的有效组织调控手段，建立合金“成分-工艺-组织-性能”关系模型；获得高性能镁合金设计准则，为制备超高强度高韧性镁合金的开发与应用提供有效的理论和实验指导。

随着镁合金在轨道交通和航空航天装备等高端装备制造领域的应用需求逐渐从非承力件向承力零部件转变，高强变形镁合金的设计和加工技术研究成为研究重点，这对推广镁合金在轻量化领域的应用具有巨大的潜力。含长周期有序堆垛(LPSO)结构的稀土镁合金具有较为优异的室温和高温强度，被认为是开发高强韧镁合金的重要研究方向。其中，Mg-Gd-Zn系合金中晶界18R-LPSO结构和14H-LPSO结构及晶内14H-LPSO结构形成、演化规律、塑性变形行为和机制及强韧化机制等是开发高强韧变形镁合金迫切需要解决的关键科学问题。.本项目针对前期研究发现的Mg-Gd-Zn系合金中LPSO结构形成条件、塑性变形行为以及调控机制等研究尚不完善，设计并制备了多相多结构Mg-Gd-Zn系合金：18R和14H-LPSO结构、双峰组织等。获得了LPSO结构的精细结构；通过STEM表征了LPSO结构在热处理过程中的转变；获得优化的合金热处理制度。.通过挤压变形，晶界LPSO结构在塑性变形下发生弯曲和破碎，晶内LPSO结构发生溶解和重析出，同时伴随着应变诱导析出相的形成。明确了LPSO结构对基体组织的影响。测定了不同状态下合金的力学性能，通过微量元素Zr、Mn以及Gd、Y含量和变形工艺的变化，建立了基于LPSO结构镁合金的“成分-工艺-组织-性能”关系模型。建立了连续动态再结晶过程中晶内LPSO结构的演化模型。通过合金成分和变形工艺优化，观察了双相合金的双峰组织形成、大小晶粒的尺寸和分布情况。再结晶体积分数随晶粒尺寸和晶界第二相基体分数发生变化，合金成分(Zr、Mn、Gd、Y等)可影响合金内的LPSO结构，进而导致再结晶晶粒的尺寸的差异。.测定了不同状态下挤压和挤压-T5态合金的力学性能，通过微量元素Zr、Mn以及Gd、Y含量的变化建立了基于LPSO结构的合金“成分-工艺-组织-性能”关系模型。进一步通过挤压+应变时效工艺制备了抗拉强度在560 MPa以上的超高强变形稀土镁合金，其强韧化机制可归因于再结晶晶粒细化、织构强化、LPSO结构强化、加工硬化以及时效强化。