室温高塑性Mg-3Gd-1Zn镁合金板材锯齿流变行为及其机理研究

As tensile tested at high temperature, the Mg-3Gd-1Zn alloy sheet exhibited severe serrated flow, which deteriorate its ductility and formability. Based on that phenomenon, the effect of the size, space and distribution of precipitates, and type and intensity of texture on the critical strain, serration type, stress drop and strain for single serration of the serrated flow will be investigated by the OM, SEM, TEM, EPMA, and so on, when the Mg-3Gd-1Zn alloy sheet is tensile tested at different temperature, strain rate, tensile strain and in different tensile direction. The relationship among the material features, tensile test conditions and the serrated flow will be established, and the microstructural evolution, such as the dislocation type and configuration, the twin type and volume, the volume and ratio of solute atoms, and the interaction among the dislocation, precipitates, twin and solute atom, during serrated flow will be characterized detailedly. On the basis of the obtained results, the mechanism of the serrated flow in Mg alloy will be clarified, and the intrinsic factor in deteriorating ductility and formability due to serrated flow will be revealed. These results will not only be help to understand the mechanism of serrated flow in Mg alloy but also provide the theory basis and technical support for the development and application of new wrought Mg alloy with high ductility and formability.

针对室温高塑性的Mg-3Gd-1Zn镁合金板材的锯齿流变行为及其造成塑性和成形性能显著下降的现象，采用OM/SEM/TEM/EPMA等表征方法，研究析出相的尺寸、间距及分布，以及织构类型和强度，对Mg-3Gd-1Zn合金板材在不同温度、应变速率、变形量及拉伸方向下的锯齿流变行为的临界应变量、锯齿波型、锯齿波幅和波宽的影响，建立材料自身的特征参数、变形加载条件与锯齿流变行为之间的联系，细致表征锯齿流变过程中的微观组织演变（位错的类型与组态、孪晶的类型与数量、固溶原子的数量和比例、位错与析出相、孪晶及固溶原子间的交互作用），阐明镁合金锯齿流变行为这一复杂力学现象的微观机制，揭示其造成塑性和成形性能下降的本质原因。研究结果对于深入理解镁合金锯齿流变行为的机理有重要意义，也可为发展和设计具有高塑性、高成形性能的变形镁合金提供实验和理论依据。

镁合金具有比重轻、比强度高、减震降噪和电磁屏蔽性能优良等特点，已在汽车、摩托车、3C产品外壳、纺织机械和航空航天装备等多个领域得到越来越广泛的应用，产生了巨大的经济效益。近年来，在Mg-RE、Mg-Zn-RE、Mg-Al-Zn、Mg-Li等近10余种镁合金中均发现了显著的锯齿流变现象，并严重影响其塑性加工性能、力学性能和服役可靠性。本项目基于镁合金独特的晶体结构和塑性变形机制，研究了其在中、高温沿不同方向拉伸加载条件下发生的锯齿流变行为、微观机制及其对力学性能的影响。通过分析总结变形加载条件、材料自身的组织结构特征对锯齿流变行为的临界应变量、锯齿波型、锯齿波幅的影响规律，探究材料组织结构与锯齿流变的内在联系。基于大量实验数据，细致描述了镁合金锯齿流变行为中A、B、C三种基本类型的特征，阐明了相应的微观作用机制并建立了模型。揭示出温度和应变速率对镁合金锯齿流变中锯齿类型、临界应变和临界应力的影响规律，并阐明了锯齿波形之间的转变机制。基于流变曲线上锯齿产生的必要条件和动态应变时效机制，在临界应变之外，提出了临界应力的概念，很好的解释了镁合金锯齿流变行为中的反常临界应变区的产生。建立了变形加载条件、溶质原子浓度、析出相的特征参数与镁合金锯齿流变行为的特征值及锯齿流变过程中的微观组织演变之间的关系，揭示出溶质原子浓度是影响镁合金锯齿流变行为的关键因素，析出相通过阻碍位错运动，延缓应力跌落，改变锯齿形貌。相关研究结果为进一步探索和完善镁合金锯齿流变行为的机理，调控镁合金的高温力学性能和加工性能提供了实验和理论参考。