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鎂合金頂刊：具有優(yōu)異強(qiáng)度-延展性協(xié)同效應(yīng)的梯度異質(zhì)組織鎂合金！

2021-12-16 17:03:42 作者：材料學(xué)網(wǎng) 來源：材料學(xué)網(wǎng) 分享至：

導(dǎo)讀：包括鎂合金在內(nèi)的大多數(shù)金屬長(zhǎng)期以來都面臨著強(qiáng)度-塑性權(quán)衡的困境，這阻礙了它們的廣泛應(yīng)用。在這項(xiàng)研究中，我們提出了一種梯度非均勻晶粒（GHG）結(jié)構(gòu)，以避免這種折中困境和超聲嚴(yán)重表面嘗試在ZE41鎂合金中軋制來構(gòu)建這種新型結(jié)構(gòu)。這里，溫室氣體結(jié)構(gòu)結(jié)合了梯度結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)和不均勻的晶粒結(jié)構(gòu)，并引入較大的微觀結(jié)構(gòu)不均勻性。與粗晶粒和非均勻晶粒相比結(jié)構(gòu)合金，GHG結(jié)構(gòu)合金在強(qiáng)度、延展性和應(yīng)變硬化能力方面表現(xiàn)出顯著增強(qiáng)。據(jù)我們所知，在塑性不降低的情況下，其強(qiáng)度遠(yuǎn)高于普通ZE41鎂合金。這些都是獨(dú)一無二的機(jī)械性能不僅來源于非均質(zhì)結(jié)構(gòu)成分（包括細(xì)/超細(xì)顆粒）的單獨(dú)貢獻(xiàn)晶粒和變形粗晶，以及通過異質(zhì)變形產(chǎn)生的強(qiáng)化和硬化效應(yīng)的協(xié)同效應(yīng)。總之，本研究為開發(fā)高強(qiáng)度、高韌性的新型鎂合金提供了一條可行的途徑。

眾所周知，強(qiáng)度和延展性是相互關(guān)聯(lián)的，幾乎在所有金屬和合金中都是排他性的，這導(dǎo)致了長(zhǎng)期存在的強(qiáng)度-延性權(quán)衡困境。這在鎂及其合金中，權(quán)衡困境更為突出，由于其絕對(duì)強(qiáng)度低，且室溫下延展性差。這已成為鎂合金廣泛應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵缺陷，成為潛在的發(fā)展趨勢(shì)。晶粒細(xì)化是一種有效且廣泛的方法，用于強(qiáng)化金屬的方法，其結(jié)果是納米金屬材料的快速發(fā)展。

本研究采用鑄態(tài)商用ZE41鎂合金。鑄錠被加工成尺寸為50mm×25mm×4mm。床單在高溫下預(yù)熱350°C加熱10分鐘，然后軋制至3 mm厚，每道次減少0.25 mm，然后軋制至2 mm每層厚度減少0.125 mm。樣本在上一次軋制后，在350°C下重新加熱3分鐘通過在試驗(yàn)過程中，輥?zhàn)颖３?00°C的恒定溫度處理。在處理之前對(duì)板材進(jìn)行機(jī)械研磨，以去除氧化層和獲得光滑的表面。圖1給出了示意圖加工路線的定義。

初始鑄態(tài)合金呈現(xiàn)粗晶結(jié)構(gòu)，平均尺寸約為89 μm，如圖3a所示。b.共晶t相（Mg7Zn3RE）也存在于微觀結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。TEM圖像顯示為非均勻晶粒（HG）。如圖4所示。

圖5和圖6為TEM橫斷面圖像USSR的合金。微觀結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為elon門控UFGs混合了細(xì)小的雙片層，如圖所示，圖6所示。在50 μm的深度范圍內(nèi)，一些等軸UFGs也存在。可見，其大小比最上面的略大表層。晶粒尺寸和長(zhǎng)徑比UFGs隨著深度的增加逐漸增加。

圖7為USSR合金的TEM圖像靠近未經(jīng)處理的表面的層。高密度的位錯(cuò)和細(xì)長(zhǎng)晶粒是該組織的特征。含有高密度位錯(cuò)的雙Lamel也很常見。這一觀察表明，這一層未經(jīng)處理的地表附近仍發(fā)生嚴(yán)重的塑性變形，形成變形的HG結(jié)構(gòu)。

圖8為USSR的橫截面掃描電鏡圖像合金。

圖9顯示了表面輪廓的演變。鑄態(tài)合金采用400砂紙進(jìn)行研磨，并因此用表面粗糙度表示一個(gè)粗糙的表面。滾壓后，表面粗糙度de降低到0.078 μm。

3.2 機(jī)械性能

圖10a給出了來自USSR處理的表面的GHG結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金（即USSR合金）的硬度輪廓。隨著硬度的增加，硬度近似下降深度范圍為0 μm ~ 900 μm。圖10b為所研究的合金的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線，并收集力學(xué)性能。

在表2中。GHG組織合金在所有合金中均表現(xiàn)出極大的強(qiáng)度和延性，具有優(yōu)異的強(qiáng)度-延性協(xié)同作用。

4、討論

4.1 機(jī)制超高強(qiáng)度和良好的延展性

觀察到GHG結(jié)構(gòu)ZE41鎂合金（即蘇聯(lián)合金）具有超高的強(qiáng)度和良好的韌性，這可以歸因于它獨(dú)特的結(jié)構(gòu)。該層的UFGs具有很高的硬度和強(qiáng)度。通過晶粒細(xì)化強(qiáng)化作用，可以達(dá)到強(qiáng)化效果，由顯微硬度圖（圖10a）證實(shí)。

GHG結(jié)構(gòu)合金的延性優(yōu)于CG和HG結(jié)構(gòu)合金，其原因在于幾個(gè)方面。首先是HDI硬化和位錯(cuò)硬化。由GHG結(jié)構(gòu)引起的異形變產(chǎn)生額外GNDs和內(nèi)部應(yīng)變硬化。漸變UFG圖層和變形的汞層在溫室氣體結(jié)構(gòu)中可以有效地發(fā)揮作用產(chǎn)生HDI硬化和位錯(cuò)硬化。從而介紹了高應(yīng)變硬化能力和良好的延展性。

二是梯度結(jié)構(gòu)的延性好，溫室氣體結(jié)構(gòu)中的梯度結(jié)構(gòu)層可以在單軸加載條件下誘導(dǎo)多軸應(yīng)力狀態(tài)，促進(jìn)新的滑移系統(tǒng)的激活和分散的位置積累[85]，提供額外的應(yīng)變難以保持良好的延性。

4.2 溫室氣體結(jié)構(gòu)的形成機(jī)制

如圖11a, b, d, e。I1 SF的ABABACAC堆積序列顯示，而I2 SF的堆積順序?yàn)锳BABCACA顯示兩個(gè)連續(xù)的FCC層。保險(xiǎn)絲證明了他們對(duì)塑料的重大貢獻(xiàn)變形。也發(fā)現(xiàn)了幾對(duì)來自gb的雙胞胎并且經(jīng)常與錯(cuò)位相互作用。

隨著對(duì)USSR處理表面沖擊次數(shù)的增加，晶粒尺寸不斷減小，從而變形孿晶變得越來越硬。Non-basal為了調(diào)節(jié)c軸應(yīng)變，必須激活滑移。對(duì)于Mg合金，其臨界分辨剪應(yīng)力（CRSS）為非基面滑移顯著高于基面滑移，以及室溫下擴(kuò)展孿晶。

然而，非基礎(chǔ)滑移的激活在細(xì)粒或UFG Mg中頻繁報(bào)道顯著提高合金的延性。在本研究中，罕見的變形雙胞胎在UFG區(qū)域（圖5和圖6）暗示非基底細(xì)胞的活化滑動(dòng)。MD仿真進(jìn)一步證明了這一點(diǎn)，滑移可以激活在NC Mg期間的高速影響加工。因此，基面滑移和非基面滑移成為今后塑性變形的主要形式細(xì)化。

5、結(jié)論

在本研究中，提出了一種策略，以發(fā)展一種新鎂合金的溫室氣體結(jié)構(gòu)通過組合滾動(dòng)。溫室氣體結(jié)構(gòu)是由厚梯度UFG層（厚度約900 μm）和de形成HG層。晶粒尺寸從幾百納米到幾十微米，跨度為幾個(gè)數(shù)量級(jí)。GHG結(jié)構(gòu)的ZE41鎂合金呈現(xiàn)同步與CG和HG相比提高了強(qiáng)度和延性結(jié)構(gòu)化的。這種改善不僅源于非均質(zhì)結(jié)構(gòu)組分的單獨(dú)貢獻(xiàn)，包括細(xì)/超細(xì)晶粒和變形粗晶粒，而且它們通過HDI增強(qiáng)和HDI硬化效應(yīng)的協(xié)同作用。此外，我們的處理方法與滾動(dòng)和蘇聯(lián)可用于制備其他合金中的GHG結(jié)構(gòu)很容易按比例放大生產(chǎn)。

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