梯度孪晶镁合金的微结构演化及晶体塑性理论分析

Magnesium alloys have the property of competitive strength to density ratio and poor plasticity at room temperature. The mechanical property of magnesium alloy can be improved by the design of its microstructure. Gradient twinning structured magnesium combines the advantage of gradient structure with twinning boundaries, which can effectively enhance the mechanical properties of magnesium alloys. This proposal focuses on the microstructural evolution and the crystal plastic mechanism of gradient twinning structured magnesium. Firstly, in order to manufacture gradient twinning structured magnesium, pre-load experiments with different loading modes and a series of plastic strains will be carried out. Secondly, we will test the mechanical properties of the manufactured samples and summarize the relationship between their gradient twinning structure and mechanical properties. Finally, we will reveal the effect of gradient ratios on microstructural evolution and the crystal plasticity of gradient twinning structured magnesium. This research helps to understand the properties of gradient twinning structured magnesium, enhance the mechanical properties of magnesium alloys, and promote the application of magnesium alloys in industry.

镁合金比强度高、室温塑性变形能力差，通过调控镁合金的微结构来改善镁合金的综合力学性能是镁合金研究的前沿发展方向。梯度孪晶镁合金结合了梯度结构和孪晶结构的双重特点，能够有效提高镁合金的强韧性能。本项目重点针对梯度孪晶镁合金在塑性变形中的微结构演化和晶体塑性机理开展系统的研究。首先，利用预加载技术对镁合金开展不同加载模式和不同塑性变形程度下的实验研究，制造出具有不同梯度比的梯度孪晶镁合金材料。进一步地，对多种梯度孪晶镁合金进行力学性能测试，总结出梯度孪晶镁合金的微结构和力学性能的关系。最后，通过晶体塑性理论模型的计算，探索预加载参数控制镁合金力学性能的物理机制，得出具有不同梯度比的梯度孪晶镁合金的微结构演化和晶体塑性变形机理。本项目的研究将有助于深刻认识梯度孪晶镁合金，提高镁合金的综合力学性能，推动高性能镁合金材料的工业应用。

镁合金具有密度小、强度高、耐腐蚀性好等优点，是理想的汽车用结构材料。但是，镁合金室温塑性变形能力差的特性严重制约了镁合金的工业应用。通过调控镁合金的微结构来改善力学性能是镁合金研究的前沿发展方向。梯度孪晶镁合金结合了梯度结构和孪晶结构的双重特点，能够有效提高镁合金的强韧性能。目前，梯度孪晶镁合金的塑性变形机制仍不清楚，这制约了高性能镁合金的研制。.本项目重点针对梯度孪晶镁合金在塑性变形中的微结构演化和晶体塑性机理开展系统的研究。首先，研制出预加载试验装置，以镁合金AZ31B为研究对象，在AZ31B棒材中制备出梯度微观组织结构。进一步地，对梯度微结构镁合金进行力学性能测试，总结出镁合金的梯度微结构和力学性能的关系。最后，建立梯度位错和梯度孪晶在预扭转加载过程中的动力学控制模型，通过数值计算，探索预加载参数控制镁合金力学性能的物理机制，得出具有不同梯度比的梯度孪晶镁合金的微结构演化和晶体塑性变形机理。.通过对本项目的深入研究，建立了梯度微结构金属材料在预扭转变形过程中的梯度位错和梯度孪晶演化动力学方程，指导了预扭转加载技术改性镁合金AZ31B的关键参数选取。对于直径为5mm的AZ31B镁合金而言，当预扭转的应变梯度为200（1/m）时，制备出的镁合金与初始的镁合金AZ31B相比，屈服强度提高了约71.4%且断裂应变没有降低。本项目的研究将有助于深刻认识梯度微结构镁合金的微观组织结构，提高镁合金的综合力学性能，推动高性能镁合金材料的工业应用。