α+β 双相镁合金复合变形协调机制与组织遗传研究

Duplex magnesium alloy in conventional plastic processing, it often leads to the disorder of the microstructure, the uneven performance and the uncontrollable quality of the alloy by the difference of deformation mechanism of two phases. The result severely limits its application. The innovative composite plastic deformation can greatly improve the deformation defects caused by the difference of crystal structure of duplex magnesium alloy, optimize the grain properties and distribution, and inhibit the crystal orientation. However, there is a lack of systematic study on the deformation coordination behavior of duplex magnesium alloy during the process of complex deformation. In this work, by adjusting the key parameters of asynchronous rolling, such as different speed ratio, the complex deformation process can be controlled. And comprehensive using of numerical simulation techniques and a variety of advanced microstructural analysis methods to study. It is systematic elucidated the structure evolution of microstructure of alloy composite deformation process and deformation in the coordination behavior, genetic mechanism of microstructure, distribution and change of deformation stress and strain field in the process of alloy, using orthogonal test to establish the key factors and the deformation of alloy microstructure and macroscopic mechanical properties between the intrinsic model, finally achieve quantitative study. The results of this study have important scientific and engineering significance for the development of new technology and new technology of super light magnesium alloy.

双相镁合金在常规塑性加工过程中由于两基体相的变形机制差异，常导致合金变形过程中的组织紊乱，性能不均一，合金质量不可控等问题，严重限制其应用。创新式复合塑性变形则可大幅改善双相镁合金由于基体相晶体结构差异导致的变形缺陷，优化晶粒属性与分布，抑制晶体择尤取向。但目前针对复合变形过程中双相镁合金变形协调行为的系统研究报道十分缺乏。本课题通过调节异速比等异步轧制关键参数，实现调控复合变形过程，综合利用数值模拟技术和多种先进微观结构分析手段，系统阐明复合变形过程中合金微观组织结构的演变规律和变形协调行为，合金组织遗传机制，明确变形过程中合金内应力、应变场的分布与变化规律，利用正交试验建立各变形关键因子与合金微观组织、宏观力学性能之间的本征模型，最终达到定量化研究。研究成果对于开发超轻双相镁合金塑性成形新工艺、新技术，以及该系列合金的推广与应用，具有重要科学与工程意义。

镁锂合金作为最轻的金属结构材料之一，在航空航天、军工装备、交通工具、3C等重要高科技领域拥有巨大的开发价值。双相镁锂合金由α-Mg（HCP）和β-Li（BCC）两相组成，复合式的组织结构为合金在塑性和强度间拥有更加优异的综合力学性能提供了基础。如何有效提升镁锂合金力学性能成为其应用的关键和当前研究的热点。项目以Mg-9Li-3Al（LA93）合金为基础，利用稀土元素钕（Nd）和后期挤压轧制等复合式塑性加工，通过先进的微观组织表征和性能测试技术，结合计算机辅助模拟，揭示合金化元素Nd对双相镁锂合金微观组织的调控以及塑性加工过程中LA93-Nd合金的组织协调机制与遗传行为。项目通过数值模拟建立铸态双相LA93-1.0Nd合金峰值应力本构方程和热变形过程中合金动态再结晶模型，并绘制合金热加工图谱，为合金的热加工工艺提供了重要参考依据。最终得出Nd元素在LA93合金中的最佳添加量在1.0~1.5wt%之间，LA93-1.0Nd合金的最优热加工工艺参数为加工温度260~380℃，应变速率0.001-0.1s-1。铸态双相LA93-1.0Nd合金在热变形过程中，β-Li相优先发生动态再结晶，α-Mg相的球化现象是双相LA93-1.0Nd合金热变形过程中组织演变的重要特征，高温变形过程中，部分α-Mg相会溶于β-Li基体中，变形结束后随温度下降而析出。挤压态合金LA93-1.0Nd和LA93-1.5Nd抗拉强度分别为239MPa和255MPa，延伸率分别为27%和21%，对比基础合金LA93，强度提高20%以上。轧制态合金α-Mg、β-Li两相组织沿轧制方向呈纤维状分布，热轧后合金存在一定基面织构，而冷轧后合金基面织构沿TD方向发生偏转，且强度高于热轧，冷轧制后LA93-1.0Nd合金板材的强度可达到301MPa。利用DEFORM-2D软件模拟探讨合金在异步轧制过程中的流动速度场、应力场、剪应力场、应变场和剪应变场的分布与变化规律，并结合异步轧制实验建立异速比和下压量与合金微观组织和力学性能的定量本征关系。项目取得了较好的研究成果，为调控双相镁锂合金微观组织，提升合金力学性能，优化合金加工工艺提供了重要技术参考，对镁锂合金的价值开发与工程应用具有重要的科学意义。