《新型高強非稀土Mg-Sn-Ca合金的強化機制研究》是依託東北大學，由潘虎成擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：新型高強非稀土Mg-Sn-Ca合金的強化機制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：潘虎成
- 依託單位：東北大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
開發出低成本、不含稀土元素的高強鎂合金對於其大規模的工業化套用愈顯重要。根據申請人近期發現的高強非稀土Mg-Sn-Ca (Sn+Ca＜4wt.%)變形合金（室溫屈服強度～409MPa，抗拉強度～460MPa）、其獨特的高密度納米片層組織以及明顯細化的亞微米Mg基體，本項目將繼續對精細結構進行表征並明確其高強化的機理。系統地研究納米片層組織的形成機理及其對Mg基體再結晶行為的影響，研究擠壓態合金拉伸變形過程中位錯在納米片層組織及Mg2Ca等納米第二相前端的塞積和遷移行為，以期闡明強化相控制合金屈服機制；探討Mg基體晶粒大小及初始織構對屈服行為的影響，揭示變形機制的改變對Hall-Petch參數的作用規律，闡明-Mg基體的細晶強化機制；並結合擠壓工藝最佳化，構建Mg-Sn-Ca合金的變形工藝-組織結構-力學性能之間的構效關係，為設計新型的高強非稀土類鎂合金提供理論依據。
結題摘要
鎂合金由於其密度低和比強度高等優點，在交通運輸、航空航天及電子等領域具有廣闊的套用前景。傳統鎂合金的力學性能較差，而高強度的鎂-稀土合金的成本較高，無法大規模民用；如何低成本地製備出高強韌兼備的變形鎂合金材料，是本領域的瓶頸問題。本文基於Mg-Ca系合金的成分設計及擠壓工藝最佳化，得到以下主要成果： （1）低合金含量的Mg-1.0 wt.% Ca二元合金經擠壓變形後表現出極高的強度，其中X1-380合金的抗拉強度為449 MPa，延伸率為4.1%。組織分析表明，Ca元素可以有效誘導高密度位錯，並產生顯著的晶粒細化效果。高密度的位錯、亞晶片層結構、細小的動態再結晶晶粒以及彌散的Mg2Ca納米相均有利於合金強度的提高。此外，彌散分布的Mg2Ca納米相能阻礙位錯的回覆，抑制再結晶晶粒的長大，從而使該合金具備較高的熱穩定性。 （2）在Mg-Ca二元合金的基礎上添加了少量的Mn、Al，製備了Mg-Ca-Al（XM10）合金及Mg-Ca-Mn（XA11）合金，這兩種合金具有較高的強度（抗拉強度＞400 MPa）。組織分析表明，Mn、Al元素均能促進動態再結晶的發生，弱化形變織構，降低位錯密度，因此合金強度有所下降。對於XM10合金，彌散分布的Mg2Ca相及納米Mn單質顆粒能夠顯著阻礙動態再結晶晶粒的長大，從而獲得了超細晶粒組織；此外，它們還能夠有效地抑制退火過程中靜態再結晶晶粒的長大，使XM10合金具備極高的熱穩定性。 （3）基於多元合金化的策略，製備出了高強度的Mg-1.0Ca-1.0Al-0.3Zn-0.1Mn (wt.%)合金，其中XAZM1100-300合金的抗拉強度為444 MPa，延伸率為10.7%，綜合力學性能優良。組織分析表明，該體系合金的力學性能與動態再結晶的程度有關。由於Ca、Al等元素的添加，該體系合金在本徵上容易啟動非基面的可動滑移，但當擠壓溫度較低時，殘餘位錯密度高，新產生的可動位錯在殘餘位錯的阻礙作用下容易發生分解，且為“連鎖”反應，造成不可動位錯的塞積，急劇惡化合金的塑性；當擠壓溫度較高時，殘餘位錯密度低，同時形成了高密度的亞晶片層，這些均有利於可動位錯的運動和增殖，從而有效保證了合金的強塑性。
