壳/核分布双峰晶粒镁合金的组织控制及其强韧化效应

Aiming at solving the problems of low uniform elongation in ultra-fine grained magnesium alloys, a novel bimodal structure characteristic of coarse-grained shells and ultrafine-grained cores fabricated by high strain-rate multiple forging will be obtain to improve the strength-ductility balance. Moreover, magnesium alloys with superior comprehensive mechanical properties will be fabricated by tailoring the bimodal structural parameters. The formation mechanism of bimodal structure will be investigated. The effects of initial states of the pre-deformed alloys (such as initial grain size, alloy elements distribution, twins and second phases) and deformation parameters (such as temperature, strain rate and pass strain) on bimodal structural parameters will be studied. The main effect factors on structural parameters will be clarified, and the detail means for controlling structural parameters will be developed. The mechanical properties of magnesium alloys with different structural parameters will be examined. The strengthening and toughening mechanisms of the novel structure will be explored, and the main structural parameters effect on mechanical properties will be clarified. The micromechanical modeling will be built, and the structural parametric region to achieve effective strengthening and toughening will be found. On the basis of above, bimodal-sized grains magnesium alloys with high strength and ductility will be fabricated by controlling the deformation parameters and the initial states of the pre-deformed alloys.

针对超细晶粒镁合金均匀延伸率不足的特点，利用高应变速率多向锻造工艺获得一种壳/核分布的双峰晶粒组织，实现合金强度和塑性的平衡，并通过双峰组织参数的优化控制制备综合力学性能优异的镁合金。系统研究双峰组织形成机理，考察初始晶粒尺寸、合金元素分布、第二相、孪晶等合金初始状态特征以及变形温度、应变速率、道次应变等变形工艺参数对双峰组织参数的影响规律，探明影响双峰组织参数的关键因素，提出组织参数精确控制的具体方法；分析不同组织参数合金的力学性能，探索该双峰组织强韧化机理，明确影响合金力学性能的关键组织参数，建立细观力学模型，探明合金有效强韧化的组织参数区间；在此基础上，通过控制合金初始状态和变形工艺参数获得优化的组织参数，制备高强度高塑性双峰晶粒镁合金。

在超细晶粒组织中引入粗大晶粒形成双峰晶粒组织是解决超细晶粒金属材料均匀延伸率不足有效方法之一，但到目前为止有关双峰晶粒组织提高超细晶粒镁合金均匀延伸率的研究还非常少，且关于双峰组织参数控制的研究还非常缺乏，双峰组织参数对性能的影响规律还有待进一步研究。本项目率先提出通过高应变速率多向锻造成形制备一种晶粒分布可控的壳/核分布的双峰晶粒组织，实现合金强度和塑性的平衡，考察初始晶粒尺寸、合金元素分布、第二相等合金初始状态特征以及变形温度道次应变等变形工艺参数对双峰组织参数的影响规律，探明影响双峰组织参数的关键因素，提出组织参数精确控制的具体方法；分析不同组织参数合金的力学性能，明确影响合金力学性能的关键组织参数，探明合金有效强韧化的组织参数区间。主要获得了以下结果：在壳/核分布双峰晶粒ZK60镁合金中，10µm以下的粗晶、40-70%的细晶比例以及尽量小的细晶尺寸和壳/核直径等组织特征有利于合金获得优异的综合力学性能，而初始晶粒尺寸、固溶元素偏析程度、第二相分布、变形温度和道次变形量对双峰组织特征有着显著的影响；通过控制初始状态和加工工艺的方法，采用低温小道次应变高应变速率多向锻造制备组织均匀的大尺寸壳/核分布双峰晶粒镁合金块体材料。其抗拉强度和延伸率达到350MPa和20%以上，为高强度高塑性镁合金块体材料的制备提供理论基础。