基于成分和工艺调控的变形镁合金基面织构弱化的基础研究

Wrought magnesium alloys have a HCP structure, a big c/a ratio and a low stack fault energy. Their process is the general simple rolling or extrusion. The strong basal texture and twinning are easily formed and meanwhile the mechanism is not clear and needs to be deeply studied so that the development and application of wrought magnesium alloys with a weak texture is restrained. In this project, through investigating the calculation and characterization of materials parameters and the relationship with plastic deformation mechanism, basal texture and them, investigating the interinsic relationship among alloy composition - materials parameters - deformation mechanism - basal texture, studing the effects of solute atom and its segerigation on microstructure, recrystallization, and basal texture, uncovering the stress and strain conditions to promote the non-basal slide and c-axis tilt, simulating and calculating the shear strain and asymmetric strain through multiple deformation models and the expression equation between basal texture and them, characterizing the atom motion and arrangement, microstructure evolution and non-basal c-axis orientationof typical magnesium alloys during asymmetric deformation, finally the formation and mechanism of macro-texture will be clearified, the regulation rules of alloy composition and asymmetric deformation will be established to weaken the basal texture, and the control method of composition and process and the technology prototype will be proposed.

现有变形镁合金属密排六方结构，且晶格轴比大、层错能低，变形镁合金加工工艺单一，在变形时易形成强烈基面织构和孪生，且对基面织构形成过程和机理缺乏深入研究，从而限制了新型弱基面织构的变形镁合金的发展与应用。本项目通过研究材料特征参数的计算与表征及其与塑性变形机制和基面织构关系、研究合金成分-材料特征参数-塑性变形机制-变形织构之间的内在联系、研究溶质原子和偏聚对微观结构和再结晶机制及织构的影响机制、研究揭示促进非基面滑移和晶粒c轴倾转的非对称应力应变条件、模拟和计算多种新型形变模式条件下的剪切应变和非均匀应变及基面织构参数之间的表达模型、研究和表征在非对称形变过程中典型变形镁合金的原子迁移行为与排列特征、微结构演变与非基面晶粒c轴取向演变规律，最终揭示宏观织构的形成过程和基面织构弱化机理，建立弱化基面织构的成分调控准则和非对称形变工艺调控准则，提出成分与工艺控制途径和非对称加工技术原型。

镁合金是最有潜力金属轻量化材料之一。镁合金特别是变形镁合金是推动轻量化、智能化、绿色化发展战略的重要基础材料。但常用变形镁合金基面织构很强、塑性加工工艺单一，导致其室温塑性低、塑性成形能力差。.项目从合金成分调控和工艺优化着手，重点研究以下内容：.1）重点研究合金元素对层错能、晶格轴比等的影响及其与基面织构的关系。.2）基于成分调控的基面织构弱化机理。多元合金元素对层错能、晶格轴比等的影响，及其对塑性变形机制及变形织构的影响，基于固溶原子和第二相对再结晶形核和晶粒长大界面迁移的再结晶织构弱化机理。.3）基于非对称加工的镁合金强-弱织构转换机制。应力应变对材料特征参数和晶粒取向的影响，弱化基面织构的形变模式调控机理和非对称形变机理。.取得了以下重要研究结果：.提出了高塑性镁合金的固溶强化增塑设计新理论。发现了Gd、Y、Mn等元素固溶在镁晶体中可显著降低基面/非基面滑移阻力差异，同步提高镁合金塑性与强度。在此基础上，发展了AT11M、VW84M、VK41M等多个高塑性镁合金，已获批为国家标准合金牌号，部分进入ISO国际标准牌号。.发展了改善变形镁合金成形性的新型非对称加工技术。揭示了剪切变形与塑性变形机制的相互作用，通过模具结构设计发展了能显著弱化镁合金基面织构并提高室温塑性成形能力的新型非对称加工工艺，使常用AZ31镁合金板材室温杯突值提高1倍以上。.已发表重要论文118篇，申请专利41项（授权专利18项），制订标准8项，出版专著1部，获国际镁协技术创新奖1项、省部级一等奖2项、二等奖1项。.人才培养取得突破。新增中国工程院院士1名、长江学者特聘教授1名、万人1名，团队获批为科技部创新团队。培养毕业硕士博士研究生20名。.研究成果不仅为高塑性镁合金开发提供了理论指导，也为高成形性镁合金板材的制备加工提供了新的技术途径，已在镁合金制备加工骨干企业和航空航天领域得到推广应用，产生了巨大的经济效益和社会效益，展现出广阔的发展前景。