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【階段進展】高性能鎂合金強韌化機制研究取得進展
編輯:宣傳部     作者:機械與動力工程學院 科學技術研究院   發布時間:2020-05-29

傳統鎂合金強度和塑性普遍偏低,限制了其在電子通訊業、汽車工業、軌道交通、航空航天等領域的大規模應用。細化晶??梢燥@著提高材料的性能,如通過等通道擠壓”“高壓扭轉等劇烈塑性變形可以顯著細化鎂合金晶粒尺寸,但受樣品尺寸影響,難以實現大規模產業化應用。傳統的擠壓、軋制等工藝雖可以大規模工業化生產,但細化晶粒能力有限,很難實現鎂合金的高性能化。

我校機械與動力工程學院李榮廣教授課題組一直致力于鎂合金強化機理與塑性變形機理研究,就如何突破傳統工藝局限,實現鎂合高性能化進行了系統研究工作。近年來先后提出了“引入高密度位錯促進時效過程沉淀形核大幅度提升鎂合金強度”(Scripta Mater.,2011, 64, 950-953; Mater. Sci. Eng. A, 2018, 715, 186-193; Mater. Charact.,2015,109,43-49)、“時效鎂合金硬度與屈服強度不對應的內在位錯-孿生作用機制”Mater. Des., 2017,114,450-458、“相同成分不同組織的鎂合金板材在軋制后會產生相反的時效硬化作用”等學術觀點Mater. Sci. Eng. A,2019,748,95-99),研究成果為制備超高強鎂合金材料提供了理論指導和關鍵技術支撐。

近期,李榮廣教授課題組與哈爾濱工程大學張景懷教授、西安交通大學房大慶教授合作,在高性能鎂合金強韌化機制研究方面取得新進展。研究團隊采用擠壓前適當的熱處理結合低溫、低速率的傳統擠壓工藝制備出晶粒尺寸小于1微米的超細晶鎂合金AZ91D,該鎂合金材料兼具高強度、高塑性(圖12)。研究發現,超細晶鎂合金依靠細晶強化、沉淀強化并易激活多系滑移模式,實現了鎂合金強度和塑性的協同提升。該研究使商業鎂合金實際生產中的加工溫度降低到300以下成為可能,在降低加工成本的同時滿足了增強增塑的效果,研究成果發表在《Materials Science and Engineering A》上(論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.139193)。該工作日前被材料科學網以“沈陽化工大學合作《MSEA》低溫擠壓工藝獲得高強均質細晶鎂合金”為題進行了詳細報道(報道鏈接:https://mp.weixin.qq.com/s/EV-4Lx2LWRVWjJHZvbdsEw)

1 擠壓態細晶商用AZ91D鎂合金的XRD、SEM、TEM圖

2 擠壓態細晶商用AZ91D鎂合金拉伸應力應變曲線和SEM斷口形貌

為了進一步認識鎂合金的增強增塑機制,研究團隊研究了超細晶鎂稀土合金的塑性變形過程,發現在晶粒尺寸小于1微米的細晶密排六方Mg-14Gd-2Ag-0.5Zr鎂合金塑性變形過程中,也會出現類似于立方金屬材料呂德斯帶的變形模式,并且這種屈服延伸率會隨著時效強度的增加而提高(圖3)。研究表明,鎂合金的這種屈服延伸率變形模式與細晶晶粒內部的被釘扎的可動位錯密度密切相關(圖4)。為此,研究團隊提出利用屈服延伸率塑變機制同時提高時效鎂合金強度和塑性的學術觀點,并發表在《Materials Science and Engineering A》上(論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.139551)。

3  (a)擠壓態細晶Mg-14Gd-2Ag-0.5Zr合金在200 oC的時效硬化曲線,(b)擠壓合金和峰值時效合金的拉伸應力應變曲線,(c)擠壓樣品拉伸時發生屈服延伸率位置的放大曲線,(d)峰值時效樣品拉伸時發生屈服延伸率位置的放大曲線

4 擠壓態細晶Mg-14Gd-2Ag-0.5Z合金的TEM微觀組織與位錯觀察,(a)含有大量動態析出沉淀的細晶粒組織形貌,(b)再結晶晶粒內部化合物和位錯重排結構的形貌,(c)位錯界面和可動位錯形貌,(d) HAADF-STEM 觀察的位錯位置元素偏聚現象,入射電子束平行[11-20]Mg

上述文章第一作者均為李榮廣教授,我校為第一單位。相關工作得到國家自然科學基金項目(51971151)、遼寧省興遼英才計劃青年拔尖人才項目(XLYC1907083)、遼寧省自然科學基金(20180550299)、遼寧省教育廳項目(LQ2019002)的支持。


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