时效镁合金的沉淀析出与强韧化机理研究

本项目以改善现有镁合金性能和设计、研发新型高强度高韧性镁合金为主题，结合最先进的微观分析表征技术（HAADF-STEM, 3DAP及高分辨EBSD等），针对难变形六方镁合金沉淀析出和强韧化机理中若干具有国际挑战性的重大科学问题，尤其是沉淀强化相的晶体结构、位向关系和形核机理，棱柱片状沉淀物的形成与合金成分和微合金化元素原子的关系，沉淀硬化合金的塑性变形与沉淀强化机理，沉淀硬化相的形貌、取向、分布与屈服强度的关系，沉淀硬化合金的脆性断裂，沉淀硬化型镁合金在形变加工及热处理过程中组织结构演变的定量表征与控制等进行深入的研究。研究结果一方面将丰富和发展镁合金，特别是析出强化镁金析出相变与强韧化基础理论，同时也将为优化合金成分及加工工艺，制备出性能更加优异的镁合金材料提供关键技术基础。

项目利用球差校正扫描透射电镜和电子背散射衍射等先进的分析技术，对沉淀硬化镁合金中沉淀相的晶体结构、位向关系和形核机理、合金成分和热处理制度对析出相结构和形貌的影响、形变加工过程中组织结构的演变及控制等进行了深入研究，主要成果有：.1）首次报道了时效镁合金中合金元素在析出相和基体界面偏聚的现象，合金元素在析出相和基体界面的偏聚可以降低界面能，提高析出相的形核率，从而提高合金的时效硬化效果；.2）首次在镁合金中实现了原子分辨率的EDS面分析技术，该方法可以在原子尺度直接揭示镁合金中析出相和界面处原子的分布信息，克服HAADF-STEM的不足。利用该技术确定了QE22合金中金属间化合物、析出相和时效早期在孪晶界形成的骨脊状结构与基体界面的结构和成分；.3）在Mg-Sn和Mg-Bi合金两个合金体系中首次发现亚稳强化相，完善了两个合金体系的析出序列；.4）系统研究了添加Ca对Mg-Gd和Mg-Nd合金以及添加Zn对Mg-Pb合金析出相结构和形貌的影响，揭示了合金元素的作用机理；.5）系统研究了Mg-Gd系合金变形参数对挤压板材和棒材组织、织构和力学性能的影响，提出了预变形促进时效的方法，制备了屈服强度超过400MPa挤压板材，针对棒材开发了织构预拉伸变形调控织构提高棒材强度的方法，并揭示了相应的机制。.6）对Mg-Zn系列合金系统研究了Zn元素含量、退火处理等对轧制微观组织和织构演化的影响，并结合晶体塑性模拟定量分析了各种变形机制在轧制织构形成中的作用，系统研究ZK60合金热轧过程中剪切带内部的组织结构及形成机制；.7）首次提出利用形变孪晶提高镁合金强度的方法，创新的设计了一次孪晶-高次孪晶的复合孪晶结构实现在三维方向同时强韧化，建立了高效强化复合孪晶结构的设计准则和界面优化方法；.8）提出了预变形孪生调控织构改进镁合金拉伸压缩屈服不对称问题，揭示了其相应的机制。