【摘 要】
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低温变形后镁合金动态再结晶(DRX)晶粒细小,但DRX率较低,无法实现强度和塑性的良好匹配。针对此问题,本文基于微米SiCp能够促进镁合金DRX形核的思想,研究了颗粒周围变形区(PDZ)的形成机理,分析了高温压缩变形过程中微量SiCp及SiCp周围PDZ尺寸作用下Mg-5Zn合金的组织演变规律,阐明了SiCp及PDZ尺寸对Mg-5Zn合金DRX和动态析出行为的影响机制。在此基础上,研究微量SiCp
【基金项目】
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国家自然科学基金(项目号:51771128,51771129和52001223);
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低温变形后镁合金动态再结晶(DRX)晶粒细小,但DRX率较低,无法实现强度和塑性的良好匹配。针对此问题,本文基于微米SiCp能够促进镁合金DRX形核的思想,研究了颗粒周围变形区(PDZ)的形成机理,分析了高温压缩变形过程中微量SiCp及SiCp周围PDZ尺寸作用下Mg-5Zn合金的组织演变规律,阐明了SiCp及PDZ尺寸对Mg-5Zn合金DRX和动态析出行为的影响机制。在此基础上,研究微量SiCp/Mg-5Zn材料挤压变形后的显微组织和力学性能,阐明了SiCp、PDZ尺寸及析出相等在室温变形过程中同位错和晶界等作用规律,揭示其协同强化机制。研究结果表明,在高温压缩变形过程中,由于SiCp与Mg-5Zn合金变形不匹配,导致在SiCp周围形成具有高位错密度和较大取向差梯度的颗粒变形区(PDZ),PDZ能够促进DRX形核,但PDZ对DRX形核的促进作用与材料变形程度有关。随着变形程度增大,PDZ对DRX形核的促进作用增大。然而,当变形程度相同时,随着SiCp周围PDZ尺寸增大,PDZ对DRX形核的促进作用增大。微量SiCp的引入有利于促进Mg-5Zn合金中Mg-Zn相的析出。关于SiCp对Mg-Zn相析出的促进作用,其主要原因为:一方面SiCp周围PDZ本身就是高位错密度的畸变区,其能够促进原子扩散,从而有利于析出相的形核和长大;另一方面,SiCp促进了DRX形核,使得Mg-5Zn合金中DRX率增大,而DRX区域包含大量的晶界,不仅有利于降低界面能和错配应变促进析出相形核,还能够加快原子扩散促进析出相长大。随着PDZ尺寸增大,Mg-5Zn合金DRX率降低,析出相体积分数及尺寸减小。此外,Mg-5Zn合金压缩变形后形成了典型的(0002)基面织构,SiCp的引入没有改变Mg-5Zn合金压缩变形后织构类型,但使得基面织构强度降低;随着PDZ尺寸的增大,SiCp/Mg-5Zn材料基面织构强度增大。基于微量SiCp及PDZ尺寸对Mg-5Zn合金DRX行为和动态析出行为的影响规律,研究了Mg-5Zn合金和SiCp/Mg-5Zn材料挤压变形后显微组织和力学性能。微量SiCp的添加显著提高了热挤压变形后Mg-5Zn合金的屈服强度和抗拉强度;随着SiCp周围PDZ尺寸增大,SiCp/Mg-5Zn材料屈服强度和抗拉强度均有所降低,但伸长率增大。微量SiCp/Mg-5Zn材料主要强化机制为:细晶强化机制、位错强化机制、析出强化机制和载荷传递作用,但Zn元素和SiCp共同作用导致Mg晶粒的显著细化和Mg-Zn相的析出,对强化作用的贡献较大。微量SiCp/Mg-5Zn材料在变形过程中产生加工硬化的同时也将伴随着软化作用的发生。SiCp的引入能够导致Mg-5Zn合金加工硬化作用降低,且能够提高Mg-5Zn合金的软化作用;随着PDZ尺寸的增大,SiCp/Mg-5Zn材料加工硬化作用增强,但软化作用降低。
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