混合相增强镁基复合材料的超塑性变形行为及机理研究

To achieve near net shape forming of the complex structure of the magnesium based composite in the solid state, it is necessary to investigate the effects of the various deforming parameter on the superplastic deformation mechanism of the composite. The superplastic behavior and deformation mechanism of the (SND+Mg2B2O5w)/Mg composites will be studied in this project. The composites with varied reinforcement volume fraction are prepared via powder metallurgy routes. The tensile tests at elevated temperatures will be carried out to study the superplastic deformation behavior on Gleeble-3500. The parameters, including deformation temperature and strain rate of the ZK60 alloy and the composites will be optimized. The deformation activations(Q) and strain rate sensitivities(m) of them will be calculated and their deformation mechanisms will be predicted, respectively. Based on the evolutions of the microstructures and fractographs and the changes of whiskers and grain texture before and after superplastic tensile deformation, the superplastic deformation mechanism of the composites and effects of the hybrid reinforcements on superplastic deformation behavior will be illustrated. The study will provide a theoretical basis a subsequent forming process of these.

为实现镁基复合材料固态条件下复杂形状结构件的近净成型，本项目拟围绕(单粒子纳米金刚石+硼酸镁晶须)/ZK60镁基复合材料的超塑性变形与微观组织关联性这一科学问题，采用粉末冶金制备技术，得到不同体积分数的混杂增强镁基复合材料，进行高温超塑性拉伸试验，优化ZK60基体合金及镁基复合材料的超塑性变形温度和应变速率，计算得到应变速率敏感指数，变形激活能等，初步预测材料的超塑性变形机制。采用SEM动态原位观察和EBSD等先进的材料表征技术，分析微观组织随变形温度、应变速率、增强体含量的演化信息，阐明双相增强复合材料的微观组织(晶粒尺寸、取向分布、增强相的分布、界面结合状况、缺陷、断口形貌)与外加应力、应变和宏观性能的相互关联性，进而实现双相增强镁基复合材料微观组织的调控和性能优化，为这种复合材料的后续加工成型提供理论依据。

项目背景：为了解决镁基复合材料固态条件下复杂形状结构件的塑性近净成型难的问题。. 主要研究内容：.通过粉末冶金工艺制备超细晶ZK60镁合金，提高镁合金强度，揭示合金强化机制和塑性变形机理。.制备ND颗粒增强镁基复合材料，研究退火热处理工艺对于复合材料室温力学性能的影响；观察和分析铸态和热处理后挤压态材料的微观组织。.研究挤压态ND颗粒增强镁基复合材料热处理后的高温压缩变形行为。通过本构方程计算复合材料的应变激活能；研究高温压缩过程中变形温度、应变速率和变形量 .复合材料的组织演变规律及增强体颗粒对于基体显微组织的影响。.研究挤压态ND颗粒增强镁基复合材料热处理后高温拉伸变形行为。在不同温度和应变速率下进行高温拉伸实验，并分析温度和应变速率对于材料微观组织的影响及织构演变规律。.Mg2B2O5w/ZK60镁基复合材料的力学性能与微观组织关联进行了研究，并通过TEM、EBSD表征了晶须与ZK60基体合金的界面结合及其在基体中的分布情况；并对复合材料的微观织构和强强韧化机理进行分析。.最后对(ND+Mg2B2O5w)/ZK60镁基复合材料的力学性能与微观组织关联进行了研究。分析了复合材料的断口形貌、微观组织特征，并对织构的演变进行了研究，探索了双相增强体对复合材料的超塑性变形机制。.重要结果：主要是成功研发了镁基复合材料超细晶制备方法和技术，提高了镁基复合材料复杂形状结构件的塑性近净成型能力，改善了镁基复合材料的抗疲劳和抗撞击性能，提升了复合材料耐高温性能。.关键数据：镁基复合材料的室温拉伸伸长率达到了15%，250℃下复合材料变形高温拉伸伸长率高达210%左右。拉伸屈服强度、拉伸断裂强度、压缩屈服强度和压缩断裂强度分别为383.8 MPa、418.7 MPa、421 MPa和463 MPa。.科学意义：由于超细晶镁基复合材料变形过程中变形机制以晶界迁移和滑移为主、位错滑移和动态回复和再结晶为辅，抑制了拉伸孪生机制。镁基复合材料的高拉-压屈服强度主要归因于Orowan强化、热错配强化和细晶强化。