《合金元素調控鎂中變形孿晶形核與生長的基礎研究》是依託重慶大學，由張靜擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：合金元素調控鎂中變形孿晶形核與生長的基礎研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張靜
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
如何獲得高密度孿晶微結構，已成為制約在鎂中實現孿晶界面強韌化的一個核心和難點問題。本項目創新性地提出了利用溶質原子在孿晶界面的釘扎阻礙孿晶生長、利用鎂合金的偽彈性行為調控孿晶片層厚度，進而在合適的孿晶界面前沿應力場作用下激發產生新的孿晶形核，從而提高孿晶形核密度、減小孿晶尺寸的新思路。在孿晶偏聚能和擴散激活能計算的基礎上，選擇典型合金體系，研究變形過程中孿晶形核、微結構演變和變形力學行為，考察起始孿晶組態、片層厚度、溶質原子、晶粒尺寸、變形條件等相關諸因素，影響孿晶形核數量、位置和分布等的關係規律，同時採用分子動力學，模擬不同結構孿晶（不同孿晶組態、孿晶位錯界面結構、片層厚度等）之間的互動作用和應力場，獲得利用合金元素調控鎂中變形孿晶形核與生長的基礎共性科學規律。研究結果不僅有助於發展和完善塑性變形和孿晶界面強韌化機制的一些共性基礎問題和規律，並且將為新型合金設計提供新的途徑和理論依據。
結題摘要
如何獲得高密度孿晶微結構，已成為制約在鎂中實現孿晶界面強韌化的一個核心和難點問題。項目採用第一性原理計算得到了描述溶質原子在孿晶界偏聚傾向的孿晶偏聚能和描述原子從晶內擴散至孿晶界難易程度的擴散激活能，獲得了溶質原子強化孿晶位錯的定量數據，構建了孿晶偏聚強化設計圖，為最佳化選擇合金元素、實現有效偏聚和界面釘扎提供了重要依據，其中Nd、Sm、Gd等元素顯示了最佳的強化效果。在此基礎上，選擇典型合金系，系統考察了應變數、應變路徑與孿晶形核、退孿生之間的相互關聯，建立了孿晶片層厚度與變形過程參量之間的關係規律，獲得了調控孿晶片層厚度的依據。採用分子動力學模擬首次獲得了孿晶核心的三維結構特徵和長大特徵，與目前的二維模擬結果相比，孿晶界面類型和遷移機制均有較大差別。孿晶核心長大涉及pure-shuffle和glide-shuffle兩種孿生機制；{10-11}界面沿±[1-120]方向的遷移比{10-12}和BP / PB界面沿相關方向的遷移更容易。採用模擬和實驗相結合的方法獲得了變形過程中界面結構特徵及其演化規律，獲得了變形過程中新形核孿晶的形核機制、新形核孿晶與已有孿晶的互動作用，由此獲得了通過合理利用孿晶之間的互動作用阻礙孿晶長大、促進形核的新途徑和思路。實驗確定了典型合金系實現溶質原子在孿晶界面擴散偏聚的合適的擴散退火熱處理工藝，測試計算了溶質原子孿晶界面釘扎和強化效果，與模擬預測結果吻合得很好。建立了已有孿晶應力場和溶質原子對於後續孿晶形核數量、位置和分布的影響規律，以及後續變形過程中孿晶形核與長大的競爭規律，獲得了調控孿晶的依據和手段。表明合適的變形路徑可以提高孿晶晶內形核的能力、提高孿晶形核率；中間退火能夠同時強化孿晶形核和長大；一定的合金元素和退火工藝的結合可以增加後續變形過程中形核對孿生的貢獻。研究工作還探索了不同熱處理方式對孿生演變的影響，表明感應加熱淬火的方式同時抑制了孿晶長大和退孿生，進一步為調控孿晶尺寸和數量提供了新的途徑和思路。
