上海交大吴国华教授团队:高强韧铸造镁稀土合金塑性提升机制取得重要研究进展!

发布时间:2023-06-20

作者:材料学网

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近日,上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心吴国华教授团队在高强韧铸造镁稀土合金塑性提升机制方面有重要发现,研究成果以“The opposite effect of β1/β″ on the ductility of aged Mg–3Nd–3Gd–0.2Zn–0.5Zr alloy”为题,发表在金属材料学术期刊《Journal of Materials Science and Technology》上(原文链接:https://doi.org/10.1016/j.jmst.2022.11.034),谢赫博士为第一作者,吴国华教授为通讯作者,该研究得到了国家自然科学基金的资助。

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铸造镁稀土合金以其轻质、高强等特性在航空航天、国防等领域中具有广阔的应用前景。近年来,大量的研究者致力于设计新型铸造高强镁稀土合金,以推动其强度水平的不断突破。析出强化是铸造镁稀土合金中的主要强化机制,当前研究多侧重于析出相组织对合金强度的影响方面,企图通过调控时效过程中形成的细小弥散析出相的种类和分布来提升合金强度指标。值得注意的是,在实际工程应用中,铸造镁稀土合金的局限性往往不完全在于其强度,有时更在于其塑性表现。为了开发新型铸造高强韧镁稀土合金并推广其应用,深入研究不同析出相组织对铸造镁稀土合金塑性的作用机制显得尤为重要,然而,在现有文献中相关报道极少。因此,探索析出相组织对铸造镁稀土合金塑性的影响机制,对于高性能铸造镁稀土合金材料的进一步优化和应用具有重要的学术价值和实际意义。

在该研究中,吴国华教授及其团队选择了自行开发的新型高性能Mg-3Nd-3Gd-0.2Zn-0.5Zr合金作为研究对象,通过精确调控时效工艺,成功实现了合金中不同析出相组织的形成,率先揭示了β1析出相在提升合金塑性方面的有效作用机制。实验结果表明,在室温下,具有面心立方结构的β1析出相能够通过激活其独立滑移系(<110>{111})参与拉伸变形过程。这种机制有助于优化镁基体的变形行为,实现合金强塑性的协同提升。该研究结果对于进一步开发高强塑镁稀土合金具有重要的指导意义。

该研究通过对Mg-3Nd-3Gd-0.2Zn-0.5Zr合金在不同的时效温度下(250°C175°C)进行时效处理,获得了不同的析出相组织(β1β″),并对比研究了β1β″对合金延伸率的影响及其作用机制。实验结果表明,β1β″的析出对Mg-3Nd-3Gd-0.2Zn-0.5Zr合金的塑性产生了截然不同的影响。经过250°C时效处理的峰值时效样品中形成了分布密集的β1相,使得合金的延伸率异常提升。相反地,经过175°C时效处理的峰值时效样品由于β″相的形成,则显示出明显下降的延伸率。进一步通过对拉伸前后的析出相形貌进行详细表征发现,具有fcc结构的β1相析出之所以能够造成合金塑性的异常提升,是因为在拉伸变形过程中其能够通过激活其额外的<110>{111}滑移系来协调基体的变形。该研究率先揭示了析出相组织对铸造镁稀土合金塑性的作用机制,为高强韧铸造镁稀土合金的开发和应用提供了全新的视角和科学指导。

近年来,在丁文江院士的大力支持下,吴国华教授团队一直致力于高性能镁稀土合金材料的开发与研究,不断取得原创性的科研成果。研究成果在提高合金的强度、塑性和耐腐蚀性等关键性能方面具有重要意义,为航空航天领域装备的轻量化做出了重要贡献。

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不同析出相组织下Mg-3Nd-3Gd-0.2Zn-0.5Zr合金力学性能


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2 Mg-3Nd-3Gd-0.2Zn-0.5Zr合金析出相组织(β1β″变形前)


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3 Mg-3Nd-3Gd-0.2Zn-0.5Zr合金析出相组织((β1β″变形后)


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4 Mg-3Nd-3Gd-0.2Zn-0.5Zr合金中β1析出相变形后内部位错及其变形示意图