【摘 要】
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本文保持Ca、Al总质量分数4.8 wt.%,制备了Mg-x Al-（4.8-x）Ca-0.6Mn（x=4,3,2.4,2.0 wt.%）合金。基于此,通过添加TiCp（0.5 wt.%）,制备了纳米TiCp/Mg-Al-Ca-Mn复合材料,并对铸态合金和复合材料进行热挤压变形。系统地研究了Ca/Al比及纳米TiCp对铸态和挤压态Mg-Al-Ca-Mn合金及TiCp/Mg-Al-Ca-Mn复合材料
【基金项目】
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国家自然科学基金（No.51771129、51401144、51771128）； 山西省高等学校优秀创新团队计划； 山西省自然科学基金（No.2015021067、201601D011034）； 山西省国际合作项目（No.201703D421039）；
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本文保持Ca、Al总质量分数4.8 wt.%,制备了Mg-x Al-（4.8-x）Ca-0.6Mn（x=4,3,2.4,2.0 wt.%）合金。基于此,通过添加TiCp（0.5 wt.%）,制备了纳米TiCp/Mg-Al-Ca-Mn复合材料,并对铸态合金和复合材料进行热挤压变形。系统地研究了Ca/Al比及纳米TiCp对铸态和挤压态Mg-Al-Ca-Mn合金及TiCp/Mg-Al-Ca-Mn复合材料的微观组织及力学性能的影响。研究结果表明,铸态Mg-Al-Ca-Mn合金中存在α-Mg晶粒和Al8Mn5相。随Ca/Al比的增加,其晶粒尺寸逐渐减小;沿晶界分布着的第二相由块状的Mg17Al12相转变为半连续网状分布的Al2Ca相以及连续网状分布的（Mg,Al）2Ca相和Mg2Ca相。随着Ca/Al比的增加,铸态合金的屈服强度（TYS）逐渐增加,而抗拉强度（UTS）和延伸率（EL）趋于降低。添加TiCp后,随着Ca/Al比的增加,铸态TiCp/Mg-Al-Ca-Mn复合材料的晶粒尺寸明显比铸态合金的晶粒尺寸更细小。铸态复合材料的TYS高于铸态合金的TYS,这主要是细晶强化、Orowan强化以及第二相强化共同作用的结果。经不同工艺热挤压后Mg-2.4Al-2.4Ca-0.6Mn（AXM2206）合金的晶粒显著细化,同时有纳米Al2Ca相的动态析出。随着挤压速率或挤压温度的升高,动态再结晶（DRX）的体积分数(VDRX)和动态再结晶的晶粒尺寸(dDRX)逐渐增大,TYS、UTS逐渐降低而EL和断裂韧性值逐渐升高。在270℃&0.1 mm/s工艺下挤出的AXM2206合金呈现出优异的力学性能,TYS为～330.9 MPa,UTS为～356.0 MPa,EL为～7.2%,断裂韧性值为25.63 KJ/mm~3。随着Ca/Al比的增加,挤压态Mg-Al-Ca-Mn合金的VDRX和dDRX均逐渐减小。同时,挤压态不同Ca/Al比的合金均表现出典型的基面纤维织构特征,随着Ca/Al比的增加,晶粒的择优取向从<11-20>转变为<10-10>。随着Ca/Al比的增加,挤压态Mg-Al-Ca-Mn合金的TYS和UTS逐渐增加,而EL和断裂韧性值逐渐降低。经不同工艺热挤压后TiCp/Mg-2.4Al-2.4Ca-0.6Mn（TiCp/AXM2206）复合材料的晶粒显著细化,同样有纳米Al2Ca析出相的动态析出。随着挤压速率或挤压温度的升高,VDRX和dDRX逐渐增大,TYS、UTS逐渐降低而EL逐渐升高。在270℃&0.1 mm/s的热挤压工艺下挤出的TiCp/AXM2206复合材料呈现出优异的力学性能,TYS为403.3 MPa,UTS为415.9 MPa。随着Ca/Al比的增加,挤压态TiCp/Mg-Al-Ca-Mn复合材料的VDRX和dDRX均逐渐减小。挤压态复合材料均表现出典型的基面纤维织构特征,随着Ca/Al比的增加,（0002）基面织构呈现先增强后减弱的趋势。随着Ca/Al比的增加,挤压态复合材料的TYS和UTS逐渐增加,而EL值逐渐降低。TYS的增加主要归因于热挤压变形后,细晶强化、第二相强化、热错配强化以及Orowan强化等的协同作用。本研究对微合金化超高强镁合金及镁基复合材料的开发、微观组织的调控以及力学性能的提升具有十分重要的理论指导意义。
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