Ca合金化改善镁合金织构及二次成形性的机理研究

Strong anisotripy caused by texture formed during the deformation of Mg sheets greatly limits their applications. In our proposal, the Ca addition into Mg alloys will be used to improve the texture and in consequce the secondary formability. The lattice constant and the generalized stacking fault energy will be analyzed by the X-ray diffraction and the first principle method.The hot deformation including plane strain compression tests and hot rolling will be employed to investigate the effect of Ca addition on the twin formation, the non-basal slip, dynamic recrystallization, texture modification and second formability by SEM and EBSD etc.The primary reason for the modifying of texture characteristics or weakeing of texture strength by the Ca addition should be elucidated based on the experimental analysis. The different texture-altering mechanisms for Ca- and RE-containing alloys is one of the key problem is our research. Note that, Ca is an element with a low density and relatively low cost compared to RE elements.It is anticipated that the present project could enlarge the application of Mg sheets in the field of automobile and other transportations.

镁合金变形后存在的强烈织构及各向异性大大限制了其应用，本项目拟通过Ca合金化的方法改善镁合金织构及二次成形性。采用XRD和第一性原理计算的方法确定Mg-Zn-Ca合金的晶格常数及广义层错能；采用SEM、EBSD等手段，分析研究含Ca镁合金经平面应变压缩及轧制后的织构特征，重点考察Ca元素的含量、分布及状态对合金塑性变形过程中的孪晶形成、非基面滑移、动态再结晶、织构演变及二次成形性的影响；确立Ca合金化弱化镁合金织构的根本原因，对比分析Ca与RE元素改变镁合金织构的本质区别，期望采用廉价的Ca替代昂贵的RE元素开发新型镁合金。通过本项目的开展，可为新型镁合金的开发提供新思路，期望为实现低成本、易二次成形的镁合金轧板的工业化生产提供必要的理论积累，推动镁合金板材在汽车、轨道交通等行业的广泛应用。

镁合金挤压型材可形成强烈的基面织构，很大程度上限制了型材的二次成形性和工业应用。镁合金中添加少量的稀土元素可以弱化合金织构，但由于稀土价格较高，且添加稀土后对合金的挤压成形性及塑性均产生不利影响。本项目主要研究了Ca合金化及其含量对镁合金挤压板材组织、力学性能和织构特征的影响，分析讨论了形变温度、加工方式等对Mg-Zn-Ca合金织构的影响，重点讨论了富Ca第二相粒子、Ca原子尺寸及c/a轴比值等因素对织构弱化的影响。研究结果表明，Mg-Zn-Ca合金挤压板材织构与镁稀土合金相似，基面织构呈双峰结构，即晶胞c轴向挤压方向偏转，且织构强度降低。形变温度和加工方式对Mg-Zn-Ca合金织构特征影响不大。与镁原子相比，较大的Ca原子固溶至基体后导致晶胞轴比值下降，促进非基面滑移的开动，从而达到弱化织构的目的。此外，富Ca的第二相粒子促进形核的细小再结晶晶粒亦有益于板材织构弱化。Ca添加可有效细化Mg-Zn铸态合金和挤压板材晶粒，Mg-Zn-Ca挤压板材抗拉强度大于210MPa，屈服强度大于120MPa，延伸率大于25%，明显优于未添加Ca镁合金。由于板材织构的弱化，本项目开发的Mg-Zn-Ca合金挤压型材可进行室温机械拼接，且具有明显的时效效果，能满足大型电动公交车空调风道挡板的使用要求。因此，本项目开发的Mg-Zn-Ca合金有望在新能源汽车、轨道交通等行业的实际工业生产中进行推广和应用。