基于静态再结晶形核和晶粒长大取向选择的高成形性Mg-Zn-Gd合金非基面织构形成机理

About the texture weakening mechanism of rare earth elements on magnesium alloys, most of the current studies inferred the texture formation mechanism according to the texture after hot plastic deformation, which confused the deformation textures and recrystallization textures. Therefore, considering the fact that the essence of weakening texture effect of rare earth on magnesium alloys is weakening recrystallization texture, and the observation of rare earth atom segregation on interfaces, this project proposes to investigate texture formation mechanism of rare earth magnesium alloys, understanding texture weakening mechanism from the prospective of the orientation evolution of static recrystallization nucleation and grain growth process during static recrystallization process. The preferential nucleation sites, nucleation mechanisms, the orientation relationship between crystal nucleus and the matrix, as well as the orientation evolution and grain boundary migration rate during annealing process will be investigated using high angle annular dark field scanning transmission electron microscopy (HAADF) and in-situ electron backscatter diffraction (EBSD) methods. At the same time, the effect of segregation solute atoms on nucleation and the solute drag effect on the interface migration rate and preferred orientation during grain growth process will also be considered. The results are hoped to provide a theoretical basis for designing texture of magnesium alloys.

针对微量稀土元素对镁合金的织构弱化现象及弱化机理研究，研究者们多从塑性加工后的显微组织和织构来推断其形成机理，并未研究织构的形成过程，也未明确区分变形织构与再结晶织构。在认识到稀土弱化织构本质是对再结晶织构的弱化以及观察到稀土原子偏聚晶界这一微观组织特征，本项目提出研究静态再结晶形核和晶粒长大过程的微观取向演变规律来阐明织构弱化机理。采用原位电子背散射衍射技术（EBSD）、高角环形暗场扫描透射电子显微技术(HAADF)等方法，研究未再结晶的Mg-Zn-Gd和Mg-Gd合金在退火过程静态再结晶择优形核位置、形核机制、晶核与基体的取向关系，研究晶粒长大过程晶粒界面迁移的取向择优性规律，考察稀土溶质原子偏聚对形核和溶质拖拽作用对晶粒长大过程中界面迁移速度和择优长大的影响机制和规律。揭示稀土镁合金的静态再结晶机理，阐明再结晶织构形成机制，理解织构弱化机理，研究结果将为设计和调控镁合金织构提供指导。

织构是影响镁合金成形性能的关键因素之一。AZ31等传统镁合金在热轧制/挤压时易形成基面织构，室温塑性及成形能力差，而新开发的镁合金Mg-Zn-Gd/Ca合金热加工后则呈现非基面织构（“稀土织构”），从而具有高的室温塑性和成形性能。. 本项目开展了新型高塑性具备织构弱化能力的Mg-Zn-RE/Ca合金成分、组织、织构和力学性能研究，研究了Mg-Zn-RE/Ca合金和AZ31传统镁合金热在轧制/挤压热加工塑性变形及动态再结晶过程的微观组织、晶粒取向和宏观织构演变规律，并采用原位EBSD技术跟踪统计研究了静态再结晶形核和晶粒长大过程的微观取向和晶界迁移规律，分析了塑性变形行为、再结晶行为与晶粒取向演变的关系。. 研究发现AZ31镁合金的基面织构形成于塑性变形阶段，变形初期非基面取向母晶粒内发生大量拉伸孪生，它们逐渐长大、吞并母晶粒，形成了基面择优织构，基面取向的母晶粒内则发生位错诱发的连续动态再结晶，新晶粒具有与母晶粒相近的基面取向，使得基面织构进一步强化，虽然在晶界处的不连续动态再结晶晶粒取向随机，但是数量少、面积小，无法影响总体基面织构。与之不同的是，Mg-Zn-Gd/Ca的非基面织构则形成于再结晶阶段，静态再结晶原位观察发现，再结晶晶核取向与形核位置和形核机制密切相关，呈现一定程度的定向形核特征，并且在晶粒长大过程，某些特定取向差的晶界迁移速度快，吞并周围晶粒，发生择优长大，HAADF则发现Gd溶质原子在晶界发生了偏聚，可能是导致晶界择优迁移的原因。. 本项目通过对两类合金的塑性变形、动态再结晶和静态再结晶过程的微观取向研究，阐明了晶粒微观取向演变规律，基本揭示了镁合金中基面织构和非基面织构两类典型织构的演变过程和演化机制。研究结果对于理解镁合金织构形成，通过塑性加工和热处理退火调控镁合金织构、改善成形塑性具有一定的指导作用。