Mg-Gd合金室溫變形行為的原位觀察及分析

1、Mg-Gd合金室溫變形行為的原位觀察及分析鎂合金晶粒內(nèi)部的變形機(jī)制及晶粒間變形機(jī)制的交互作用對(duì)宏觀的應(yīng)力應(yīng) 變反應(yīng)具有重要的影響 , 但是目前缺乏介觀尺度針對(duì)鎂合金晶粒度、晶粒間位向 等因素對(duì)變形行為影響的討論 ; 開(kāi)展鎂合金介觀尺度變形行為的研究 , 討論晶粒 間位向關(guān)系、 晶界結(jié)構(gòu)等對(duì)位錯(cuò)滑移、 孿生、晶界滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)等變形機(jī)制的影響 具有重要的意義。本研究擬制備不同晶粒度、具有織構(gòu)差異性的Mg-Gd合金,采用原位背散射電子（EBSD）及掃描電鏡（SEM）的分析方法,跟蹤室溫變形過(guò)程中晶 內(nèi)變形機(jī)制 （滑移、孿生 ）及晶間變形協(xié)調(diào)性 （晶界滑動(dòng)、微裂紋萌生和擴(kuò)展 ）, 分 析晶粒度、織構(gòu)及晶

2、界結(jié)構(gòu)等對(duì)晶內(nèi)及晶間變形機(jī)制的影響 , 探討開(kāi)發(fā)高成形性 能鎂稀土合金材料的理論依據(jù)及方法，取得了如下進(jìn)展：對(duì)比分析了 Gd含量對(duì)擠 壓態(tài)Mg-Gd合金棒材微觀組織和力學(xué)性能的影響，隨著Gd含量的升高，連續(xù)動(dòng)態(tài) 再結(jié)晶過(guò)程因溶質(zhì)拖拽效應(yīng)而受到抑制，繼而引起Mg-Gd合金微觀組織不均勻。Mg-0.5Gd擠壓態(tài)合金的織構(gòu)呈現(xiàn)典型的基面絲織構(gòu),而擠壓態(tài)Mg-2Gd Mg-5Gd合金織構(gòu)發(fā)生明顯改變,形成了 <2-1-11 >弱稀土織構(gòu)?？棙?gòu)的差異 直接導(dǎo)致了擠壓態(tài)Mg-x Gd合金室溫力學(xué)性能的不同,其中Mg-0.5Gd合金的室溫 屈服強(qiáng)度更高（達(dá)255MPa）,而Mg-2Gd和Mg-5

3、Gd合金的室溫延伸率更好 （>35%） 。研究了退火工藝對(duì)Mg-x Gd合金再結(jié)晶及晶粒長(zhǎng)大的影響，結(jié)果表明：合金在 退火過(guò)程發(fā)生了靜態(tài)再結(jié)晶 , 晶粒隨著退火時(shí)間的延長(zhǎng)而長(zhǎng)大 , 獲得了平均晶粒 尺寸（5-57卩m）不同的退火態(tài)Mg-2Gd合金。退火過(guò)程中，由于靜態(tài)再結(jié)晶過(guò)程的 擇優(yōu)形核和晶粒的擇優(yōu)長(zhǎng)大 ,<10-10> 織構(gòu)組分逐漸減弱 ,<2-1-11> 和<10-11 >織構(gòu)組分逐漸增強(qiáng)。此外,退火處理能有效地改善合金的力學(xué)性能拉壓不對(duì)稱性,并且Mg-2Gd合金在5-57卩m的晶粒尺度范圍內(nèi)依然滿足經(jīng)典的 Hall-Petch關(guān)系。對(duì)Mg-2G

4、d 擠壓態(tài)（擠壓溫度300C ;13.6卩m）和退火態(tài)（400 C /60min;38.5卩m）合金進(jìn)行室 溫原位拉伸試驗(yàn),結(jié)合原位EBSD和原位SEM表征和分析了不同晶粒度 Mg-2Gd合 金的室溫變形行為,結(jié)果表明：擠壓態(tài)Mg-2Gd合金中,晶界的滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)以及位 錯(cuò)滑移成為室溫拉伸變形的主要協(xié)調(diào)機(jī)制 ,而孿生機(jī)制對(duì)應(yīng)變的貢獻(xiàn)很小 ;在退 火態(tài)Mg-2Gd合金中拉伸孿生和位錯(cuò)的滑移成為室溫拉伸變形的主要協(xié)調(diào)機(jī)制，而晶界的轉(zhuǎn)動(dòng)和滑動(dòng)對(duì)應(yīng)變的貢獻(xiàn)較小。研究發(fā)現(xiàn)在鎂合金中 , 細(xì)晶組織能有效地抑制孿晶的形核。擠壓態(tài)合金由于 具有更為細(xì)小的晶粒（13.6卩m）,晶粒間的協(xié)調(diào)性更好,拉伸孿生過(guò)程受到

5、抑制； 退火態(tài)合金晶粒尺寸較大（38.5卩m）,孿晶容易開(kāi)動(dòng),而晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)和滑動(dòng)受到抑 制。此外,變形過(guò)程中的孿生形核方式為滑移誘發(fā)孿晶形核 （slip-induced twinning）, 孿生的大量開(kāi)動(dòng)能促進(jìn)更多的滑移系開(kāi)動(dòng) , 增強(qiáng)合金的變形協(xié)調(diào)性。 引入了一個(gè)描述相鄰晶?；婊茙缀渭嫒菪詤?shù)m,充分討論晶粒度、晶粒施密特因子、晶粒間取向差等因素對(duì)微裂紋的萌生和擴(kuò)展的影響 , 結(jié)果表明 ： 在室溫 拉伸變形過(guò)程中，擠壓態(tài)和退火態(tài)Mg-2Gd合金的微裂紋都在晶界處萌生，影響微 裂紋萌生的主要因素有 ： 晶界與拉伸加載方向的夾角、孿晶的形核和長(zhǎng)大、相鄰 晶粒的基面滑移開(kāi)動(dòng)情況（m值的大?。?。當(dāng)晶界和拉伸加載方向的夾角越大，孿晶的形核受到的抑制越強(qiáng)，m值越小， 越有利于微裂紋在晶界的萌生。然而微裂紋向相鄰晶