大塑性变形制备超轻亚微米级镁合金实验研

摘要

采用光学显微镜、透射电镜和X射线衍射等研究了Mg-8.2％Li（wt％，以下同）和 Mg-8.2％Li-0.6％Zr两种合金铸锭及常规挤压和等径角挤压（equal channel angular extrusion-ECAE)后棒材的显微组织和微观结构；并对ECAE工艺过程进行了三维弹塑性有限元模拟。 光学显微分析表明，两种合金锭坯的α和β两相分布较均匀，常规挤压后Mg-8.2％Li和 Mg-8.2％Li-0.6％Zr合金的α相均为等轴晶，晶粒尺寸分别约为20μm和10μm，β相沿挤压方向形成带状组织。 300℃温度下，Mg-8.2％Li合金试样经ECAE工艺的A和Bc路径4道次挤压。光学显微分析表明，ECAE过程中合金发生了动态回复和再结晶，ECAE工艺的A和Bc路径对合金的组织均有显著的细化作用，1～3道次的细化幅度大于4道次，Bc路径的细化效果优于A路径；4道次后，合金α相的晶粒尺寸分别约为8μm和4μm左右。X射线分析表明，ECAE过程中合金的α相没有发生机械孪生；经Bc路径后合金α相的 和 晶面取向分布较分散，而经A路径后，其取向分布差异较大。 300℃温度下，Mg-8.2％Li-0.6％Zr合金试样经ECAE工艺的Bc路径4道次挤压。宏观组织分析表明，常规挤压后β相的带状组织被“碎化”。X射线分析表明，ECAE2道次时合金α相发生了机械孪生；ECAE4道次后，合金α相的 和β相的 晶面取向分布较分散。TEM显微组织和微观结构分析表明，ECAE1道次后，α相存在滑移带、扭折带和高密度位错区，β相发生了动态回复和再结晶；ECAE2道次时，α相孪晶界贯穿于β相且β相没有被切断；ECAE3道次时，不同位错源散发的异号位错互相抵消，同号刃位错形成倾斜亚晶界，位错缠结演变成亚晶界（能量较低的位错网络）；ECAE4道次后，α相内出现晶粒尺寸约为50nm的纳米级超细晶粒。由于Zr元素的加入合金的再结晶温度升高，延缓了Mg-8.2％Li-0.6％Zr合金在ECAE过程中动态再结晶的发生，合金的细化机理主要是发生机械孪生时形成非平衡晶界细小晶粒，动态回复时形成的小角度亚晶界逐渐演变成大角度晶界，形成纳米级等轴晶。 ECAE过程计算机数值模拟分析表明，ECAE的变形是非常不均匀的，消除摩擦并不能改变ECAE的变形不均匀性，但挤压力显著下降。摩擦系数为μ＝0.4时的挤压力是无摩擦时的2倍。