高固溶度Mg-RE二元合金塑性變形機制研究

項目摘要

鎂合金的塑性變形機制在不同的條件下表現各異。固溶稀土元素對鎂合金的變形機制有重要作用，從而導致對塑性變形行為產生影響。本項目通過向鎂中添加高固溶度的稀土元素Er、Dy，與純鎂進行對比分析，研究不同含量Er、Dy二元合金的織構特徵與室溫塑性變形行為，得出Er、Dy元素對鎂塑性變形能力的影響規律；採用巨觀織構、微觀取向和組織結構綜合測試分析手段，分析Schmid 因子對變形模式的影響，分析Er、Dy元素對錐面位錯滑移的作用，甄別Schmid因子和固溶稀土元素本身對變形機制及過程的作用，在此基礎上揭示固溶稀土元素對鎂合金室溫變形能力的影響途徑，明確變形能力、合金元素、Schmid因子、變形機制之間的關聯性和關聯本質；探索利用稀土元素提高鎂合金的變形能力與成形能力的有效方法，為進一步研究、設計高塑性成形能力的鎂合金提供必要的理論依據。

結題摘要

一般認為，由於鎂具有密排六方（HCP）結構, 其室溫下的塑性變形主要依賴於{0001}<11-20>基面滑移，其中只有兩個獨立的滑移系，難於滿足均勻變形過程中對5個獨立滑移系的要求。然而，實際上鎂合金的變形系（包括滑移系和孿晶變體）並不少。除基面滑移外， {10-10}<11-20>柱面滑移在室溫下對鎂的塑性變形亦有貢獻；在特定的條件下，{10-11}<11-20>及{11-22}<11-23>錐面滑移也能得以開動。除此之外，孿晶也是鎂合金塑性變形的重要機制。可以構想，若上述鎂合金的變形模式能夠同時開動，則會表現出非常好的塑性變形能力。但是，每一種變形模式能否開動不僅取決於其臨界切應力（Critical Resolved Shear Stress, CRSS）的大小及它們之間的相互比較，亦取決於晶粒變形時的Schmid因子，同時變形溫度、變形速率以及晶粒尺寸等因素對變形機制同樣有重要的影響。因此鎂合金的塑性變形機制是多種因素綜合作用的結果。鎂合金的塑性變形機制在不同的條件下表現各異。固溶稀土元素對鎂合金的變形機制有重要作用，從而導致對塑性變形行為產生影響。本項目通過向鎂中添加高固溶度的稀土元素Er、Dy，與純鎂進行對比分析，研究了不同含量Er、Dy二元合金的織構特徵與室溫塑性變形行為，得出Er、Dy元素對鎂塑性變形能力的影響規律；採用巨觀織構、微觀取向和組織結構綜合測試分析手段，分析Schmid 因子對變形模式的影響以及Er、Dy元素對錐面位錯滑移的作用，甄別Schmid因子和固溶稀土元素本身對變形機制及過程的作用，在此基礎上揭示固溶稀土元素對鎂合金室溫變形能力的影響途徑，明確變形能力、合金元素、Schmid因子、變形機制之間的關聯性和關聯本質；探索利用稀土元素提高鎂合金的變形能力與成形能力的有效方法。研究得出了對於單向拉伸或壓縮的基面、柱面、錐面以及拉伸孿生和壓縮孿生在二維晶體取向空間的Schmid因子分布，建立了複雜應力狀態下三位取向空間Schmid因子計算方法模型，並針對軋制狀態給出了拉伸孿晶變體的算例。實驗結果表明，由於RE元素的加入，熱擠壓和軋制完全再結晶後，Mg-RE合金呈現稀土織構(RE-texture)，Mg-Er合金與Mg-Dy合金的塑性都隨RE元素的加入而明顯相對純鎂和其它鎂合金大幅增加，在6%wt 左右塑性

高固溶度Mg-RE二元合金塑性變形機制研究

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