稀土镁合金多尺度微观组织与强塑性耦合关系研究

Through equal channel angular pressing technology to abtain ultrafine grains has become an important direction of development to improve the strength and plasticity of magnesium alloy materials.According to the characteristics of multi-scale microstructure often appear at the process of equal channel angular extrusion; channel angular pressing,The project use Mg-Y-Nd alloy as the research object.Through the ECAP pressing   and The dynamic plastic deformation at low temperature annealing heat treatment to prepare the controlled size ratio of the multiscale materials,numerical test   of different scale grain statistics analysis and the mechanical properties at room temperature ,build strenghten model and plastic model of different multiscale organization of ultrafine grained materials,study on the relationship of microstructure and strong multi scale plastic coupling law.By XRD, TEM and EBSD analysis, SEM and other means to observe and analyse the plastic deformation of the   microstructure alloy before and after the evolution ,clear the contribution of each scale grain, the subgrain and the twin crystal of ultrafine crystalline Mg-Y-Nd the strong plastic alloy, exploring multi-scale microstructure in rare earth magnesium alloy and the functional mechanism of plastic deformation.The research results of this project can provide theoretical basis and technical method to improve the magnesium alloy strength and plasticity,it can provide reference for the improvement of the deformation theory of ultrafine magnesium alloy plastic, has important scientific significance and academic value.

通过等通道角挤压技术获得超细晶组织已成为提高镁合金材料强塑性的重要发展方向。针对等通道角挤压过程中常出现多尺度微观组织的特点，本项目以Mg-Y-Nd合金为研究对象，通过ECAP挤压、低温动态塑性变形、退火热处理等实验制备可控尺寸配比的多尺度材料，测试分析不同尺度晶粒的统计数值和室温力学性能，建立不同多尺度组织超细晶材料的强化模型和塑性模型，研究多尺度微观组织与强塑性耦合关系规律。通过XRD、TEM、EBSD、SEM等手段分析合金塑性变形前后微观组织结构的演变，弄清各尺度晶粒、亚晶粒和孪晶对超细晶Mg-Y-Nd合金强塑性的贡献，探索多尺度微观组织在稀土镁合金塑性变形中的作用机理。本项目的研究成果可为提高镁合金强塑性水平提供理论依据和工艺方法，可为超细晶镁合金塑性变形理论的完善提供参考，具有重要科学意义和学术价值。

通过等通道角挤压等大塑性变形工艺制备亚微米或纳米级超细晶材料成已成为提高镁合金材料强塑性的重要发展方向，但由于等通道角挤压本身的特点和挤压工艺的影响，所获得的组织通常具有多尺度的特征。这种不同尺寸变形晶粒、小角度亚晶粒、孪晶构成的多尺度组织对超细晶镁合金强塑性的贡献及其在超细晶镁合金塑性变形中的作用机理等科学问题亟待明确。基于此，本项目熔炼制备了Mg-2Y- 0.6Nd-0.5Zr镁合金铸坯，设计制造了等通道转角挤压模具，通过ECAP变形、轧制+ECAP变形、ECAP+轧制+退火、动态塑性变形等实验制备了平均晶粒尺寸小于2μm、小角度亚晶粒占比86.5%~61%、孪晶体积分数2%~49%的多尺度组织超细晶镁合金，研究了ECAP变形温度和道次、轧制温度+ ECAP变形、ECAP+轧制变形温度+退火温度和时间、动态压缩温度和速率等工艺对Mg-2Y-0.6Nd-0.5Zr镁合金显微组织和力学性能的影响。结果表明铸态Mg-2Y-0.6Nd-0.6Zr合金在ECAP4道次后，显微组织中出现部分孪晶，由XRD可以看出冷轧和超低温轧制后，滑移系的衍射峰强度不大，但是超低温轧制后{112(__)0}的衍射峰强度也随着变形温度明显减少，镁合金主要的变形机制主要为滑移和孪生，同时在低温时孪生才会启动。在低温下，晶粒尺寸为10 m的Mg-2Y-0.6Nd-0.6Zr合金主要由孪生和部分晶粒转动来变形，变形过程中86º{101(—)2}拉伸孪晶更加容易出现，主要是由于孪晶中拉伸孪晶的CRSS值最小。合金动态塑性压缩后，随着应变速率的增加，真应力-应变曲线的应力最大值也增加，材料表现出正的应变速率敏感性；当应变速率为830s-1时，主要变形机制以{101(—)2}拉伸孪晶为主，当应变速率为1700s-1时，孪晶对变形的贡献变小，主要的变形机制转变为锥面<c+a>滑移主导。这些研究成果为开发高强塑性水平的镁合金提供了理论依据和工艺方法，也为超细晶镁合金塑性变形理论的完善提供了参考，具有重要科学意义和学术价值。