{首页主词},&

東北大學(xué)秦高梧團隊：開發(fā)新型輕質(zhì)低合金化超高強度鎂合金！

2021-05-31 13:41:35 作者：材料學(xué)網(wǎng) 來源：材料學(xué)網(wǎng) 分享至：

導(dǎo)讀：本文通過較低的微合金化含量使得擠壓態(tài)Mg-Ce-Al合金獲得了較高的屈服強度（365 MPa），在Mg-0.2 wt.% Ce合金中加入微量的Al （0.05 wt.%）可以促進沿位錯和晶界富集Ce-Al偏析的形成，可以有效地平衡熱激活位錯的回復(fù)，從而保證晶粒的細化。超細晶粒（420nm）主要與溶質(zhì)的線性共偏析和平面共偏析有關(guān)，而不是傳統(tǒng)的平面偏析和晶界的納米沉淀。

近年來，高性能金屬材料的一個新的發(fā)展方向是在成分低合金化概念的基礎(chǔ)上保持優(yōu)異的力學(xué)性能，目的是在不添加或添加少量溶質(zhì)的情況下，穩(wěn)定現(xiàn)有缺陷，從而促進超細/納米晶粒的形成。鎂，作為最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料（密度約為鋁的2/3和鋼的1/4），在減輕重量方面發(fā)揮著重要的作用，在交通運輸和航空航天領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力。根據(jù)“平坦化”的概念，低合金Mg材料由于其抗變形能力較低，代表著較高的成形性，近年來備受關(guān)注。此外，與傳統(tǒng)的重合金鎂合金相比，“普通”鎂合金的密度持續(xù)下降了10 ~ 20%，而且減輕重量的優(yōu)勢更加明顯。近年來，在Mg - 2Sn - 2Ca 變形鎂合金中，無稀土和低合金化鎂合金的最高強度達到了約460 MPa。這意味著可以通過優(yōu)化溶質(zhì)和加工路線的選擇來避免過量的合金元素。因此，新型高強度低合金化鎂合金具有良好的加工性能和較低的成本，具有廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。

然而，進一步降低合金元素的含量是需要的，開發(fā)低微合金化、高強度的Mg材料是更有吸引力的。一個明顯的原因是，添加較低的合金元素可以有效避免第二相的形成，促進Mg基體的均勻腐蝕，大大提高的耐蝕性。利用微合金化設(shè)計實現(xiàn)Mg資源的循環(huán)利用和可持續(xù)開發(fā)具有重要意義。然而，在這種鎂合金中實現(xiàn)明顯的晶粒細化仍然是一個很大的挑戰(zhàn)。

在本研究中，東北大學(xué)秦高梧教授團隊選擇Mg-0.2 wt.% Ce合金作為模型材料，該材料之前被證明是高韌性的。然而，Mg - Ce基合金的屈服強度通常較低，小于100 MPa。在此背景下，作者探索了一種新的微合金化Mg-Ce-Al合金，獲得了意想不到的超細晶粒（420nm）和高強度（350 MPa以上）。相關(guān)研究成果以題“Development of novel lightweight and cost-effective Mg–Ce–Al wrought alloy with high strength”發(fā)表在 Materials research letters上。

鏈接：

https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/21663831.2021.1918776

640?wx_fmt=png&tp=webp&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1.jpg

圖1展示了 Mg-0.2Ce-0.05Al wt.% 樣品的拉伸曲線，這些樣品是通過傳統(tǒng)的一步擠壓制備的。當(dāng)坯料在 260°C 的低溫和約 0.5 毫米/秒的模具出口速度（指定為 AE260）下擠出時，拉伸樣品的屈服強度（YS）測量為約 350 MPa。AE260 樣品的斷裂伸長率（EL）僅為 ~2.5%。當(dāng)擠出溫度升高到~300°C（指定為AE300，擠出速度相同~0.5 mm/s）時，AE300樣品的拉伸YS增加到~365 MPa，EL也提高了約 6%。當(dāng)鎂坯料在 300°C 的相同溫度下（指定為 AE300H）進一步提高擠壓速度至 1.5 mm/s 時，AE300H 樣品的 YS 降低至 286 MPa，同時獲得了高 EL 9.5%。

圖1。（a）AE260、AE300和AE300H試樣的名義應(yīng)力-應(yīng)變曲線；（b）現(xiàn)有Mg - ce - al合金和先前報道的Mg變形合金的“每重量YS增量”和延性分布圖。（c） AE260和（d） AE300擠壓Mg樣品的EBSD圖像，附圖為{10-10}極點圖。

圖2。擠壓態(tài)（a - c） AE260、（d - f） AE300和（g - i） AE300H樣品的TEM圖像，包括（a,d,g） DRXed晶粒、（b,e,h）亞晶粒和（c,f,i）殘余位錯和伴隨的納米顆粒。納米粒子分別用藍色圓圈表示，殘余位錯用紅色箭頭表示。

圖3。HAADF-STEM和（a-f） AE300和（g-i） AE300H樣品對應(yīng)的映射圖像。證實了納米mg12ce相和Al-Ce相的存在和GB偏析。

圖4。對AE300樣品的APT圖進行了分析，包括（a） 60 nm × 60 nm × 318 nm修飾的彎曲位錯和（b） 74 nm × 74 nm × 477 nm線性偏析的直線位錯。% Ce等組成面）。本文提供了P1和P2的典型聚類的組成特征以及L1的典型線性特征。為行L2提供了x軸和y軸視圖。（c） AE300中GB分離也明顯。

綜上所述，本文研制成功了一種重量輕、性價比高的Mg-Ce-Al稀擠壓合金。少量Al的加入就可以在位錯和GBs處誘發(fā)富Ce - Al偏析。這些線性和平面偏析的聯(lián)合作用有效地保證了Mg-Ce-Al合金亞微米級的晶粒細化和高屈服強度。從資源節(jié)約型可持續(xù)材料的角度來看，鎂合金高強度、低合金化含量的概念對鎂合金的設(shè)計和開發(fā)具有重要的影響。

免責(zé)聲明：本網(wǎng)站所轉(zhuǎn)載的文字、圖片與視頻資料版權(quán)歸原創(chuàng)作者所有，如果涉及侵權(quán)，請第一時間聯(lián)系本網(wǎng)刪除。