含{10-12} 孪晶层片结构密排六方金属的力学性能与变形机理研究

研究表明，具有共格孪晶界稳定界面的纳米孪晶铜，随孪晶层片厚度减小，样品的强度和塑性同步显著提高。一个有趣的问题是，对于各向异性六方金属，当预先制备成含有孪晶层片结构的组织后，其性能与普通组织会有什么变化？本课题拟选取两种密排六方金属Mg、Co，利用沿其C轴方向压缩可产生拉伸孪晶的特性，用动态塑性变形和冷压变形制备含{10-12}孪晶层片结构组织，系统研究含孪晶层片结构六方金属的力学行为以及变形过程中的微结构演变特点与规律，孪晶层片结构结构参数与变形速率、变形量以及织构演化之间的关系，进而考察相关诸因素对于缺陷交互作用形式及微结构演化特征的影响，以期探索含孪晶层片结构密排六方金属塑性变形特点和变形机制，为新型金属材料设计提供理论依据。

本项目对密排六方结构AZ31热轧镁合金动态塑性变形后的孪生特征、结构演变以及不同孪晶片层结构对材料力学性能的影响进行了系统研究。实验结果表明：片层结构尺寸的演变与{10-12}孪晶在变形中的形核及生长机制密切相关，并建立了片层尺寸与塑性应变之间的关系。通过对形核{10-12}孪晶的Schmid因子分析，了解了孪晶变体的形核规律，发现在不利的取向下，高应变速率能够促进晶粒发生{10-12}孪生。根据掌握的{10-12}孪生规律以及微观片层结构的演变特点，对具有不同孪晶片层组织的AZ31镁合金进行力学性能测试，了解由于孪晶介入引起的组织结构变化对材料力学性能的影响，证明了退孪生行为能够明显地改善AZ31镁合金的流变应力。并且发现高密度的孪晶界结构能够增加晶界与孪晶界的交互作用，促进位错形核，从而有效地提高镁合金的塑性。同时孪晶界可以阻碍位错滑移，形成位错塞积，并通过其形成的局部空位形核、吸收位错，从而改善镁合金的强度与韧性。这些研究结果将有助于证明{10-12}孪晶结构在改善镁合金力学性能中的作用。