层错能调控镁合金成形性能的基础研究

Hcp Mg and Magnesium alloys have limited slip systems with < a> type slip in basal and prismatic plane, which lead to the worse formability because the < a> type slip is not able to accommodate strains along the c-axis. So it is necessary to find an effective way to improve the formability through the activation of <c+a> pyramidal slip in order to accommodate strains along the c-axis. This proposal focuses on the activation of <c+a> non-basal slip system and CRSS from the reduction of stacking fault energy (SFE) point of view. Through the relationship between the alloying elements and SFE in basal and pyramidal planes, and through the influence of SFE on the formability,the relationship between SFE, CRSS andthe formability will be established, and the modulation mechanics of formability by SFE will be revealed from the influence of SFE on CRSS and the inner mechanics that the CRSS was dependent on the <c+a> pyramidal slip. Finally, theory and model about modulation of formability through SFE will be established.

密排六方晶格Mg及其合金滑移系少，基面、柱面滑移滑移均为a位错滑移，无法协调沿c轴方向的应变，导致均匀塑性变形能力差，应用受到极大限制。必须寻找新的方法激活能协调c轴方向变形的锥面滑移以提高成形性能。为此，本项目提出通过添加合金元素调控镁合金的层错能途径，激活<c+a>锥面滑移系，获得成形性能显著改善的变形镁合金。从层错能的角度出发，以锥面CRSS和<c+a>锥面滑移为桥梁，研究合金元素与层错能的内在关系，研究层错能对成形性能的影响，建立层错能-CRSS-成形性能之间的内在关系，从层错能影响CRSS、锥面CRSS决定<c+a>锥面滑移的本征机理角度阐明层错能调控镁合金成形性能的内在机理，建立层错能调控镁合金成形性能的理论途径和技术原形。

密排六方晶格Mg及其合金滑移系少，基面、柱面滑移滑移均为a位错滑移，无法协调沿c轴方向的应变，导致均匀塑性变形能力差，应用受到极大限制。必须寻找新的方法激活能协调c轴方向变形的锥面滑移以提高成形性能。为此，提出通过添加合金元素调控镁合金的层错能途径，激活<c+a>锥面滑移系，获得成形性能显著改善的变形镁合金。首先，采用第一性原理计算方法，研究合金元素对镁合金层错能的影响，挑选出能显著降低镁合金基面层错能、锥面非稳定层错能与基面非稳定层错能比值的合金元素Sn。研究结果表明：Sn能显著降低镁基面I2型堆垛层错能，εSFE=-3.10，εSFE的符号为“-”代表合金元素使层错能“降低”，εSFE数值的大小代表合金元素使Mg层错能变化的幅度；定义锥面非稳定层错能γus与{0001}基面非稳定层错能γus的比值f，纯Mg、Mg-Sn、Mg-Y的f值分别为5.20、3.04、7.87，Sn能显著降低镁合金的f值。然后，研究分析具有不同层错能的镁基二元合金在相同挤压工艺条件下的成形性能，建立层错能与成形性能参数（各向异性）的内在联系。研究结果表明：Mg-0.2Sn合金90º方向（TD）的屈服强度为122MPa，抗拉强度为245MPa，延伸率为11.9%；45º方向的屈服强度为149MPa，抗拉强度为259MPa，延伸率为10.1%; Mg-0.2Sn最大延伸率和最小延伸率相差仅为17.8%，表明Sn元素可以对镁合金塑性各向异性进行有效调控，Mg-0.2Sn具有较好的塑性成形能力。最后，以<c+a>非基面滑移为桥梁，建立层错能-<c+a>非基面滑移-成形性能之间的内在关系，从层错能影响<c+a>非基面滑移的本征机理角度阐明层错能调控镁合金成形性能的内在机理。研究结果表明：Sn能显著降低镁基面I2型堆垛层错能εSFE和锥面非稳定层错能与基面非稳定层错能比值f；f值较低，更有利于激活锥面<c+a>滑移，改善合金的各向异性进而改善成形性能；通过调控f值，能调控合金的成形性能。