Mg-Zn基合金动态析出第二相的分布对织构弱化及强塑性的影响

Basal texture in wrought Mg alloys contributes to strength but reduces plasticity, whilst texture weakening decreases the strength. Therefore, Mg alloys always exhibited a contradiction between strength and plasticity. According to the fact that dynamic precipitates can affect the dynamic recrystallized grain size and orientation, this proposal was to adjust the dynamic precipitation of Mg-Zn based alloys through microalloying and deformation parameters. Mg-Zn based alloys with microstructure of precipitates mainly distributing at grain boundaries, grain interior and both grain boundaries and grain interior will be achieved. It is to build the correlationship between alloy composition, deformation parameters and the distribution of dynamic precipitates through investigating the precipitation kinetics of second phases of Mg-Zn based alloys. The texture weakening mechanisms will be revealed through studying the effects of precipitates on grain orientations. The effects of grain boundary precipitates and grain interior precipitates on mechanical properties will be discussed. The model between mechanical properties and grain boundary / grain interior precipitates will be established. The research results will clarify the contribution of precipitates at grain boundary and grain interior on texture weakening and mechanical properties, and provide references to the development of high strength and ductility Mg alloys.

形变镁合金的强基面织构能够“贡献强度”，但会“恶化塑性”，而单一的织构弱化措施又会使强度显著降低，从而导致镁合金强度与塑性“此消彼长”的矛盾。基于镁合金热变形过程中析出第二相对再结晶晶粒的尺寸和取向的调控作用，本项目拟通过微合金化和形变工艺参数来调控Mg-Zn基合金热变形过程中第二相的析出，获得具有以晶界析出第二相为主、晶内析出第二相为主和晶界晶内第二相同时析出的三类不同组态的Mg-Zn基合金；研究这三类Mg-Zn基合金第二相析出的动力学过程，建立合金成分、形变工艺与动态析出相分布的相关性规律；研究晶界第二相对再结晶晶粒取向的影响规律，阐明其弱化基面织构强度机制；研究晶界和晶内第二相协同作用对镁合金强塑性的影响，建立晶界/晶内第二相与镁合金强塑性的半定量关系或相应的数理模型。本项目研究结果将揭示不同分布第二相对镁合金基面织构强度和强塑性贡献的大小，并为高强高塑镁合金的研究提供理论参考。

本项目以Mg-Zn 基合金为研究对象，探究了微合金化元素添加对第二相析出、织构演化及力学性能的影响。项目首先研究了Mg-Zn二元合金的在热变形过程中的显微组织及织构演化过程，研究结果表明Mg-Zn二元合金中形变区相较于再结晶区表现出更强的基面织构强度，且随着再结晶晶粒的长大，<10.0>取向晶粒逐渐被<11.0>取向晶粒所取代；通过时效处理获得具有高密度沿c轴方向分布的棒状析出相的Mg-Zn合金，其在热变形过程中抑制了动态再结晶过程，且这种棒状第二相抑制了再结晶晶粒取向的偏转，从而使得织构强度增强。在Mg-Zn合金中加入少量的Ca， Ca2Mg6Zn3相热变形过程中在晶界处析出，这种动态析出相Ca2Mg6Zn3与镁基体的动态再结晶相互作用，从而获得了细小的动态再结晶组织。Mg-Zn合金中复合添加Ca和La后，热变形后发现未再结晶区具有高密度纳米尺度的析出相，这种纳米相有效的的抑制了动态再结晶过程，从而得到了由细小再结晶晶粒和未再结晶粗大晶粒的双模显微组织。对挤压态Mg-Zn-Ca合金分别于不同方向进行拉伸试验研究了其热变形行为，发现变形机制与织构密切相关。采用热压缩试验在不同温度和应变速率下对Mg−Zn−Ce合金进行热压缩试验，研究了该合金热压缩变形过程中合金的显微组织和织构演变，研究结果表明，再结晶区的织构强度弱于未再结晶区的织构强度，再结晶织构强度的增加与晶粒择优生长有关。对Mg-Zn-Ca合金进行热挤压和热轧制变形，分析了其力学性能，热变形后，该合金表现出细小的动态再结晶组织且其中存在着高密度析出第二相，结果其屈服强度提高至285-297 MPa；在Mg-Zn合金中添加复合Ca和La后，合金的力学性能比单一添加合金化元素表现出更优异的力学性能，主要归因于细小的再结晶晶粒、高密度的第二相，而塑性提高与复合微合金化后织构弱化密切相关。基于本项目研究，发表了SCI论文10篇，培养硕士生三名，本科生6名。