原位Mg2Si/Mg复合材料中增强相的晶体生长与非枝晶组织形成机制

结合初生Mg2Si二维截面形貌及萃取得到的初生Mg2Si三维立体形貌观察，研究原位Mg2Si/Mg复合材料非平衡凝固过程中初生Mg2Si晶体生长动力学和机制，并结合高硅镁合金熔体中的非线性、非稳态热量和溶质传输的研究，建立初生Mg2Si晶体生长动力学模型，揭示原位Mg2Si/Mg复合材料非平衡凝固过程中增强相即初生Mg2Si晶体的生长形态选择规律。探索原位Mg2Si/Mg复合材料在部分重熔过程中的溶质再分配、元素偏析及其对Mg2Si形态演变的作用机制，从而揭示原位Mg2Si/Mg复合材料非枝晶组织形成机理。研究高熔点金属间化合物Mg2Si参与下原位Mg2Si/Mg复合材料非枝晶组织演变规律与机制，研究Mg2Si的形态、尺寸、分布、数量对材料触变成形性能及力学性能的影响规律及机制，提出半固态原位Mg2Si/Mg复合材料的强韧化机理。

以AZ31为代表的AZ(Mg-Al-Zn-Mn)系变形镁合金是目前应用最广泛的商用变形镁合金。然而其耐热性差。合金化是提高镁合金耐热性最常用和最有效的方法之一。Mg2Si具有高熔点、低密度、高硬度、低热膨胀系数和高弹性模量。是非常有效的强化相。遗憾的是，含Si镁合金容易形成粗大树枝状和汉字状Mg2Si，从而显著地恶化了合金的综合力学性能。虽然Ca、P等变质剂能使粗大树枝状初生Mg2Si和/或汉字状共晶Mg2Si相粒化。但变质的同时也伴随着各种各样问题的产生。.半固态等温热处理法和应变诱发熔化激活法不仅能使等轴-Mg枝晶球化，而且能有效变质Al-Mg-Si系和/或Mg-Al-Si系合金中的汉字状共晶Mg2Si和粗大树枝状初生Mg2Si，使其粒化或球化。.本项目结合八面体初生Mg2Si二维金相截面形貌、深腐蚀准三维形貌及萃取得到的初生Mg2Si三维立体形貌观察，首次在铸态Mg-5Si合金中发现八面体初生Mg2Si晶体（111）面呈层片状结构。结合初生Mg2Si晶体二维金相截面形貌、深腐蚀准三维形貌及萃取得到的三维立体形貌观察，提出了（111）面层片状结构八面体初生Mg2Si晶体生长机制为：100〉晶向择优生长—八面体棱边生长—八面体骨架—（111）面生长—完整八面体。.本项目优化了半固态制备工艺参数，如ATZS6311（Mg-6Al-3Sn-1Zn-1Si合金，简记作ATZS6311）半固态坯料的制备工艺参数为：预变形量20%，半固态等温温度为580℃，保温时间为20 min。提出了汉字状共晶Mg2Si相的球化机制：.由于Al元素在半固态处理过程中的再分布使液相中（Mg + Mg2Si）共晶点发生左移，共晶温度下降。同时，铸态组织中低熔点（Mg + Mg2Si）共晶在半固态处理过程中亦发生熔化转变为液相，导致液相中Si含量偏高，这样在上述液相中（Mg + Mg2Si）共晶点发生左移的基础上，使原本铸态组织中Si亚共晶成分转变为半固态组织液相中的过共晶成分，最终使铸态组织中汉字状共晶Mg2Si转变为半固态组织中的多角形块状初生Mg2Si，即溶解-析出机制。.采用传统两辊轧制技术，使Mg-Al-Sn-Zn-Si系镁合金中汉字状共晶Mg2Si得到了粒化，并使其在镁合金基体中弥散均匀分布，从而提高了Mg-Al-Sn-Zn-Si系镁合金的室温及高温综合力学性能。