高壓扭轉(zhuǎn)制備納米晶鎂合金過程中的組織演變與性能研究.pdf

1、與等通道角擠壓、累積軋制等劇烈塑性變形加工方法相比，高壓扭轉(zhuǎn)（High-pressure torsion，HPT）工藝具有加工后試樣組織更細小、材料加工可選擇的范圍更廣、加工過程更易實現(xiàn)等優(yōu)點，近年來已受到越來越多研究者的關(guān)注。然而到目前為止，HPT的研究主要還集中于常用立方結(jié)構(gòu)金屬，對六方鎂合金的報道還較少，特別是對于鎂合金HPT過程中的晶粒細化機制、微觀亞結(jié)構(gòu)和微觀力學(xué)性能演變，以及固溶原子和中間相對組織和性能的影響規(guī)律等還缺乏系統(tǒng)

2、深入的認識。
　　 本文在純鎂的基礎(chǔ)上，還以Al和稀土Ce作為合金元素制備了Mg-xAl(x=1～4％wt％)和Mg-4Al-xCe(x=1～4％wt％)八種成分的合金，并分別在室溫下進行了0.25～10圈的高壓扭轉(zhuǎn)加工。運用光學(xué)金相分析(OM)、X射線衍射分析（XRD）、掃描電鏡(SEM)、X射線能譜分析(EDX)、透射電鏡(TEM)、顯微硬度測試等多種觀察、分析和測試手段，系統(tǒng)研究了各成分合金HPT加工過程中的微觀結(jié)構(gòu)演變，

3、及成分、工藝對HPT試樣組織和性能的影響規(guī)律。
　　 對純鎂研究的結(jié)果表明，當(dāng)HPT扭轉(zhuǎn)圈數(shù)較小時，試樣內(nèi)部首先形成大量的位錯和孿晶;隨著扭轉(zhuǎn)圈數(shù)的增加，二次及高次孿晶產(chǎn)生，同時位錯在運動過程中纏繞、塞積，形成位錯胞結(jié)構(gòu)，當(dāng)位錯胞內(nèi)的位錯密度增加到臨界值時，形成具有微小取向差的亞晶結(jié)構(gòu);隨著扭轉(zhuǎn)圈數(shù)的進一步增加，這些亞晶結(jié)構(gòu)最終轉(zhuǎn)變成含有大角度晶界的再結(jié)晶晶粒，在后續(xù)應(yīng)變繼續(xù)增大的情況下，晶粒可能發(fā)生長大。經(jīng)扭轉(zhuǎn)10圈后，純鎂的

4、晶粒尺寸與擠壓態(tài)相比降低了一個數(shù)量級，約在1～2μm。同時，HPT后純鎂的硬度值比擠壓態(tài)的硬度值提高了約20％，且隨著扭轉(zhuǎn)圈數(shù)的增加，試樣顯微組織與力學(xué)性能的均勻性逐步提高。
　　 Mg-Al合金經(jīng)HPT后，試樣的晶粒尺寸與擠壓態(tài)相比得到了顯著的細化，且隨著扭轉(zhuǎn)圈數(shù)的增加，晶粒尺寸逐漸減小。當(dāng)扭轉(zhuǎn)10圈時，各成分合金試樣中均出現(xiàn)大量尺寸細小的的超細晶，其直徑約為150～200nm。隨著Al含量的增加，試樣的整體硬度值逐漸增大。對

5、于同一成分的合金，扭轉(zhuǎn)圈數(shù)為2圈時，硬度值達到最大，隨后，在回復(fù)軟化的作用下，硬度值略有下降，隨著扭轉(zhuǎn)圈數(shù)的繼續(xù)增加，當(dāng)加工硬化與回復(fù)軟化作用達到動態(tài)平衡時，材料的硬度值趨于穩(wěn)定。
　　 與Mg-Al合金類似，Mg-Al-Ce合金經(jīng)HPT后，合金的晶粒尺寸與擠壓態(tài)相比也得到了顯著細化，隨著扭轉(zhuǎn)圈數(shù)的增加，晶粒尺寸逐漸減小。當(dāng)HPT扭轉(zhuǎn)10圈時，含Ce元素的各合金試樣，其晶粒尺寸約為100～150nm。另外，合金中的第二相在HPT