《孿晶結構鎂基單相固溶體合金的變形與力學行為研究》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：孿晶結構鎂基單相固溶體合金的變形與力學行為研究
- 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
利用孿晶/層錯共格界面強化材料在面心立方結構金屬材料中成功實現了強度與塑性的同步增長，而在密排六方結構材料中的相關研究則非常欠缺。本課題利用鎂合金中易產生{10-12}孿晶、沿平行於c軸方向壓縮或垂直於c軸方向拉伸易於發生{10-11}一次孿生和{10-12}二次孿生的特點，同時基於第一性原理計算、設計Mg-X二元固溶體合金調整其層錯能，系統研究具有孿晶結構的密排六方鎂基單相固溶體合金的變形機制和力學行為。探索孿晶結構參數、顯微結構特徵、變形條件（預處理，預變形，變形量，應變速率和溫度等）與變形過程中微結構演變之間的相互關係，考察層錯能、空位結合能、空位濃度等材料特徵參數在調控孿晶結構鎂合金微觀變形機制和力學行為方面的規律和機理。研究結果有助於發展和完善孿晶結構密排六方金屬材料的變形力學行為方面的共性基礎規律，並為改善鎂的塑性成形性和強韌性等力學性能、設計新型合金提供新的途徑和理論依據。
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結題摘要
採用第一性原理系統模擬了合金元素對鎂廣義層錯能的影響（涉及到的滑移系包括基面、柱面和錐面），對I1層錯能的影響，以及對（0001）表面裂紋形成能的影響。從基面位錯的運動模式、非基面位錯開啟的難易程度、模式I下的本徵塑性的角度，首次綜合評價了合金元素對鎂變形模式的影響。結果表明，合金元素Ag、Al、Ca、Dy、Er、Ga、Gd、Ho、Li、Lu、Nd、Sm、Y、Yb、Zn有利於滑移系的開啟並提高合金的本徵塑性，其中，Er、Ga、Gd、Nd、Sm、Zn的作用尤為明顯。此外，合金元素Al、Bi、Ca、Dy、Er、Ga、Gd、Ho、In、Lu、Nd、Pb、Sm、Sn、Y、Yb可明顯降低I1層錯能，而Al、Bi、Dy、Er、Ga、Gd、Ho、In、Lu、Nd、Pb、Sc、Sm、Sn、Y、Yb、Zr使得基面位錯的運動模式傾向於連續錯排機制，且有利於提高I1和I2層錯的密度。 選擇了對開啟滑移作用尤為明顯的代表性元素Er和Zn，以及明顯降低I1層錯能、滑移系穩定和非穩定層錯能的稀土元素Nd，定量表征了其對滑移和拉伸孿晶的臨界分切應力的影響，從本質上探討了合金元素對變形行為的作用機理。結果表明，固溶的Zn增大孿生的臨界分切應力；固溶的Er通過減少滑移與孿生的CRSS的差異而顯著促進滑移。Nd含量由0.03at%提高至0.18at%，對孿生的CRSS無明顯影響，但顯著降低滑移的CRSS。為通過合金元素協調滑移與孿生、改善力學性能提供了理論指導。 獲得了孿晶在變形過程中組織形貌、微結構演變規律以及變形力學行為。表征了孿晶與基面位錯互動作用條件下（10-12）和 （10-11）孿晶的界面微結構及其演變，並提出了相關機制；實驗證實了變形孿晶形核的孿晶位錯機制，首次報導了（10-12）孿晶在基體內部形核，這也是目前實驗中發現的最小的孿晶（厚~30nm）；首次發現了變形後期（30-34）新孿晶形核，並對其界面微結構進行了分析表征。通過感應加熱淬火改變空位濃度，發現過飽和空位的存在明顯改變孿晶結構鎂合金的孿生與退孿生行為，提高合金的塑性變形能力，顯著降低合金在室溫成型時的拉壓不對稱性。採用分子動力學研究了孿晶與層錯的互動作用和規律，首次探索了基面層錯對（10-12）孿晶的阻礙作用，為利用層錯強化孿晶提供了基礎依據。
