孪晶主导的多要素协同增强高塑性稀土镁合金材料制备及其相关基础问题研究

The poor formability, which was always attributed to the strong basal texture, is considered an important reason to restrict the wide application of magnesium alloy. Strengthening with a weak texture is required to produce a strong and tough magnesium alloy. In this proposal we use rare earth elements to restrain the tendency to form a strong basal texture in magnesium, which also significantly improves the cold-rolling ability; after producing a fine-grain as-solutioned structure, multiple cold-rolling is adopted to introduce extensive twins, in which the texture weakening and strengthening effect from twinning was used; in the end aging treatment after cold-rolling was employed to give a higher application performance. We would also investigate such issues as the texture modifying mechanism of rare earth, the twinning-dominated evolution of texture and stress flow during cold-rolling, plastic response from twin lamellas, pseudo-elastic behavior, .etc. TEM would be employed for micro-texture and in-situ dislocation analyses for both twin and matrix to reveal the corresponding plastic mechanism. Moreover, hardness, electricity conductivity as well as internal friction/damping property measurements were also conducted to analyze the T8 related aging kinetic process. Such systematic investigation would be conducted to better understand the plastic mechanism of magnesium and provide reasonable rationale for improving the industrial performance of magnesium alloys.

塑性成形性能不佳是限制镁合金应用的一个重要原因，而织构是决定镁合金塑性的一个关键因素。因此，在弱织构下提高镁合金强度是开发高强高韧镁合金的重要方向。本项目提出采用稀土元素合金化弱化镁合金基面织构形成能力，并提高冷轧性能，在固溶态细晶强化基础上，通过多道次小应变轧制促使高密度孪晶的形成，充分利用孪生的织构软化和片层结构强化作用，以冷变形促进时效强化作用，探索制备综合性能优异的稀土镁合金板材技术；并针对稀土元素织构改性机理、大塑性冷轧过程中孪晶主导的宏观织构演变及应力流变行为、孪晶片层在不同应力条件的塑性响应特征及滞弹性行为等科学问题开展研究；利用透射电镜，采用微观织构和位错原位分析相结合的手段，揭示基体和孪晶区域局部塑性变形机制；通过测试硬度、导电率及阻尼性能研究冷变形诱导的时效动力学行为，为深刻理解镁合金的塑性变形机制，探索高强度高韧性镁合金板材制备技术提供理论依据。

在全球性气候变暖和节能减排需求迫切的时代背景下，轻质镁合金材料的应用受到越来越多的关注。然而由于其具有密排六方（HCP）结构，晶体对称性较低，室温下能开动的滑移系少，因而塑性加工性能很差，这严重限制了镁合金的发展。.作为应用范围最广的镁合金板材产品，其塑性加工过程中会形成基面平行于板面的特征织构，这种织构的形成，造成板材塑性较差，非常不利于后续的成形加工。由于镁合金的基面织构形成于应变的早期阶段，这使得镁合金的塑性成形主要是协调c轴压缩的变形，而研究者普遍认为c轴的压缩塑性非常低，所以镁合金的塑性成形能力很差。因而弱化镁合金的基面织构，则能起到显著提高塑性的作用，因而可以认为织构弱化是提高镁合金塑性的一种最有效的手段。因而探索弱织构条件下的强化途径，成为开发高强度高塑性镁合金板材的主要思路。.本项目揭示了镁合金中稀土元素的织构改性机理，描述了其室温多道次轧制过程中，高应变阶段孪生主导的织构演变及应力流变规律，构建孪晶对力学性能影响的理论模型，充分利用孪生引起的织构弱化效应和结构强化效应，针对板材制备过程所涉及的稀土元素织构改性机理、室温大塑性变形过程中孪生主导的织构演变规律等相关基础科学问题展开研究；同时，发现了c轴压缩变形过程中的一种新的变形机制，针对高应力状态下的新型塑性变形机制—形变转晶的行为特性以及其与压缩孪生的竞争关系进行了研究。.通过稀土镁合金 与 常规变形镁合金的对比研究，发现稀土元素可以 明显增强金属镁的常温轧制变形能力，稀土镁铈合金通过多道次的累积变形轧制，其轧制压下量可以达到60%以上。在高应力条件下，金属镁的c轴压缩能力可以很高。当晶体尺寸减小到亚微米级别，其流变应力水平达到800Mpa时，其c轴压缩能力可以提高10倍以上。在多要素调节机制的共同作用下，可以显著提高金属镁的塑性和强度，为探索镁合金高强高韧化提供新思路。