提高变形镁合金抗蠕变性能新方法的探索研究

针对常规变形镁合金抗蠕变性能差的研究现状，提出采用多元微合金化的方法降低层错能、抑制位错交滑移；促进合金元素的偏析并形成取向可控的沉淀析出相以钉扎晶界和位错；利用元素对空位的吸附作用以抑制扩散蠕变；利用表面活性元素在晶界的偏聚来降低晶界扩散速率。采用水冷金属模在压力场作用下铸造成形以提高铸坯冷速、扩大元素的固溶度和提高铸锭的后续塑性成形能力，进而提高变形镁合金的强度和抗蠕变性能。藉此探索一条提高变形镁合金抗蠕变性能的新途径。系统研究微量元素对镁合金层错能和沉淀析出相特征（析出惯习面、尺寸和形貌）的影响以及交互作用机理，探讨微量元素和层错能对抗蠕变性能影响的作用机制，研究并揭示合金的复合强化机理，为制备工业化应用的低成本、热稳定、抗蠕变的新型耐热变形镁合金材料提供科学基础和实验依据。

本项目针对常规变形镁合金抗蠕变性差的现状开展了采用水冷金属模、压力场作用成型和微合金化相结合的方法制备Mg-Zn-Sn基合金铸锭用于后续塑性成形以实现复合强化效果的研究，项目完成情况良好，发表SCI论文8篇，培养硕士研究生5名，主要成果如下：.基于凝固条件对Mg-Zn-Sn基合金影响的研究，发现提高冷却速率促进晶界化合物的形成并降低合金元素的固溶度，施加压力则相反；二者共同作用能显著提高室温、高温强度和塑性并改善轧制成形性。水冷铜模加压铸造是制备高性能镁合金铸坯的重要途径，为后续成形用铸坯制备方法选择提供了依据。.基于锌锡比对Mg-xZn-ySn-2Al-0.2Ca(x+y=9)合金影响的研究，发现锌锡比影响化合物相形态与数量，其中锌锡比为1和1/2时分别室温和200℃强度最高；轧态和轧制时效态的强度和塑性等随着锌锡比增加呈现先升后降的趋势。Mg-4.5Zn-4.5Sn-2Al合金是较好的成分配比，为合金基体成分选择提供了依据。.基于微合金化对Mg-4.5Zn-4.5Sn-2Al铸态合金的影响及其作用机理研究，发现：(1)少量Ca(≤0.6%)能有效细化晶粒和晶界化合物，促进晶界化合物析出且Ca含量较高时更显著，显著提高室温、高温强度和抗蠕变性。(2)0.1%Ti和0.1%Ti+0.02%B的作用与Ca类似，Ti+B细化最显著。(3)少量Sr(≤1.0%)的细化作用与Ca类似，但抑制晶界化合物析出且Sr含量较高时更显著，改善抗蠕变性。所有元素均降低高温塑性。.基于微合金化对轧态合金的影响及其作用机理研究，发现：(1)0.2%Ca可细化孪晶和再结晶组织，提高孪晶密度和促进第二相析出，提高室温和高温强度。(2)Ti、Ti+B和Ti+Ca可细化再结晶晶粒和减少孪晶数量，降低轧制成形性。.基于微合金化和时效工艺对合金时效析出的影响与作用机理研究，发现：(1)少量Ca细化析出相并抑制Mg2Sn聚集长大；促进微孪晶的形成并证实Ca降低镁层错能的作用；促进晶内析出，提高室温强度和塑性，高温相反。(2)Ti+Ca提高室温和高温强度，Ti和Ti+B不能。(3)双级时效可细化析出相、促进T字形相形成并提高室温强度、塑性和组织稳定性。(4)少量Sr可细化析出相、增强时效强化效应，促进双级时效态中形成高长径比β1΄、T字形和类V字形相，为可热处理强化耐热镁合金的研制提供科学依据。