【引言】

近年來，高壓輕質(zhì)高強(qiáng)鎂合金受到了廣泛關(guān)注，扭轉(zhuǎn)納米進(jìn)一步提高鎂合金強(qiáng)度對(duì)拓展鎂合金應(yīng)用具有重要意義。變形細(xì)晶強(qiáng)化和時(shí)效析出強(qiáng)化是高壓鎂合金的主要強(qiáng)化機(jī)制。哈工大鄭明毅教授和徐超教授對(duì)采用常規(guī)擠壓或軋制變形工藝制備的扭轉(zhuǎn)納米析出強(qiáng)化型Mg-8.2Gd-3.8Y-1.0Zn-0.4Zr（wt%）稀土鎂合金的時(shí)效行為和強(qiáng)韌化機(jī)理開展了深入研究，開發(fā)了屈服強(qiáng)度達(dá)466 MPa，變形抗拉強(qiáng)度達(dá)514MPa, 延伸率達(dá)14.5%的高壓超高強(qiáng)韌稀土變形鎂合金（(1) C. Xu, G. H. Fan, T. Nakata, X. Liang, Y. Q. Chi, X. G. Qiao, G. J. Cao, T. T. Zhang, M. Huang, K. S. Miao, M. Y. Zheng, S. Kamado, H. L. Xie. Deformation Behavior of Ultra-Strong and Ductile Mg-Gd-Y-Zn-Zr Alloy with Bimodal Microstructure. Metall and Mat Trans A, 2018, 49(5): 1931-1947；(2) Chao Xu, Taiki Nakata, Xiaoguang Qiao, Mingyi Zheng, Kun Wu, Shigeharu Kamado. Ageing behavior of extruded Mg-8.2Gd-3.8Y-1.0Zn-0.4Zr (wt.%) alloy containing LPSO phase and γ′ precipitates. Sci. Rep., 2017, 7, 43391）。為進(jìn)一步提高此稀土鎂合金的扭轉(zhuǎn)納米力學(xué)性能，對(duì)固溶態(tài)Mg-8.2Gd-3.8Y-1.0Zn-0.4Zr合金進(jìn)行了室溫高壓扭轉(zhuǎn)(HPT)變形，變形獲得了晶粒度為48納米的高壓稀土鎂合金。劇烈塑性形變產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)納米高密度缺陷(晶界、位錯(cuò)、變形點(diǎn)缺陷等)將顯著影響納米稀土鎂合金的高壓時(shí)效析出行為。深入研究納米稀土鎂合金的扭轉(zhuǎn)納米時(shí)效行為和強(qiáng)化機(jī)理，對(duì)開發(fā)超高強(qiáng)韌鎂合金具有重要意義。變形

【成果簡介】

近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的鄭明毅教授和喬曉光博士（共同通訊作者）等人在Acta Materialia發(fā)表最新研究成果“Altered ageing behaviour of a nanostructured Mg-8.2Gd-3.8Y-1.0Zn-0.4Zr alloy processed by high pressure torsion”。該文深入研究高壓扭轉(zhuǎn)形變Mg-8.2Gd-3.8Y-1.0Zn-0.4Zr納米晶合金的時(shí)效行為，發(fā)現(xiàn)了劇烈塑性形變納米晶稀土鎂合金的獨(dú)特時(shí)效析出行為。常規(guī)微米級(jí)稀土鎂合金峰時(shí)效階段的析出強(qiáng)化相主要為β′亞穩(wěn)相；而高壓扭轉(zhuǎn)變形納米晶稀土合金在峰時(shí)效階段，大量溶質(zhì)原子偏聚于納米晶界，未觀察到任何析出相。這種溶質(zhì)原子晶界偏聚強(qiáng)化是峰時(shí)效態(tài)Mg-8.2Gd-3.8Y-1.0Zn-0.4Zr納米晶合金的主要強(qiáng)化機(jī)制。峰時(shí)效態(tài)（120 oC / 12 h）Mg-8.2Gd-3.8Y-1.0Zn-0.4Zr納米晶合金的顯微硬度達(dá)145 HV，顯著高于常規(guī)工藝制備的鎂稀土合金。該文提出了晶界溶質(zhì)原子偏聚的強(qiáng)化模型，揭示了這種溶質(zhì)偏聚晶界的超高強(qiáng)納米晶稀土鎂合金的強(qiáng)化機(jī)理。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1 不同溫度下高壓扭轉(zhuǎn)變形合金時(shí)效硬化曲線

圖2 高壓扭轉(zhuǎn)試樣120°C下時(shí)效處理以后的電導(dǎo)率相對(duì)變化

圖3 未經(jīng)時(shí)效處理的高壓扭轉(zhuǎn)試樣的顯微組織

（a）TEM明場像以及對(duì)應(yīng)的電子電子衍射花樣

（b）TEM暗場像

（c）高倍TEM明場像

（d）高角環(huán)形暗場-掃描透射電子顯微（HAADF-STEM）照片

（e）- （i）分別為鎂，釓，釔，鋅和鋯元素分布圖

圖4 120°C下時(shí)效處理12小時(shí)的高壓扭轉(zhuǎn)試樣顯微組織

（a）TEM明場像以及對(duì)應(yīng)的選區(qū)電子衍射花樣

（b）TEM暗場像

（c）高倍TEM明場像

（d）HAADF-STEM圖

（e）圖（d）中標(biāo)記的晶粒A的原子分辨率HAADF-SEM圖和對(duì)應(yīng)的快速傅里葉變換圖

（f）- （i）分別為圖(e)紅色矩形框內(nèi)的鎂、釓、釔、鋅和鋯元素分布圖

圖5 120°C下時(shí)效處理24小時(shí)的高壓扭轉(zhuǎn)試樣顯微組織

（a）TEM明場像以及對(duì)應(yīng)的電子電子衍射樣式

（b）TEM暗場像

（c）高倍TEM明場像

（d）HAADF-STEM圖

（e）圖（d）中標(biāo)記的晶粒A的原子分辨率HAADF-STEM圖和對(duì)應(yīng)的快速傅里葉變換圖

（f）圖（e）紅色矩形框內(nèi)的元素分布圖

（g）圖（d）藍(lán)色框內(nèi)的元素分布圖

圖6 200°C下時(shí)效處理3小時(shí)的高壓扭轉(zhuǎn)試樣顯微組織

（a）TEM明場像以及對(duì)應(yīng)的選區(qū)電子衍射花樣

（b）TEM暗場像

（c）高倍TEM明場像

（d）HAADF-STEM圖

（e）圖（d）中標(biāo)記的晶粒A的原子分辨率HAADF-SEM圖和對(duì)應(yīng)的快速傅里葉變化圖

（f）- （j）分別為圖(e)紅色矩形框內(nèi)的鎂、釓、釔、鋅和鋯元素分布圖

圖7 200°C下時(shí)效處理6小時(shí)的高壓扭轉(zhuǎn)試樣顯微組織

（a）TEM明場像以及對(duì)應(yīng)的電子電子衍射樣式

（b）TEM暗場像

（c）HAADF-STEM圖

（d）圖（c）的放大圖

（e）-（i）分別為鎂，釓，釔，鋅和鋯元素分布圖

（j）HRTEM圖

（k）圖（j）中框A的FFT圖

（l）圖（j）中框B的FFT圖

圖8 試樣的XRD圖

（a）高壓扭轉(zhuǎn)變形及后續(xù)時(shí)效合金的XRD圖

（b）XRD局部放大圖

圖9 不同時(shí)效條件下的硬度值

（a）不同時(shí)效條件下，不同強(qiáng)化機(jī)制對(duì)硬度的貢獻(xiàn)分布圖

（b）硬度計(jì)算值和實(shí)驗(yàn)值的比較

【小結(jié)】

主要研究結(jié)論如下：

（1）高壓扭轉(zhuǎn)形變Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金的最佳時(shí)效工藝為120°C/12h，時(shí)效溫度和達(dá)到峰時(shí)效所需時(shí)間均遠(yuǎn)低于常規(guī)熱變形鎂稀土合金。本文最佳時(shí)效處理工藝得到的最高硬度為145HV，高于其他高壓扭轉(zhuǎn)變形鎂合金及鎂稀土合金的硬度值。

（2）常規(guī)微米級(jí)Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金的時(shí)效強(qiáng)化機(jī)制為亞穩(wěn)β′納米析出相強(qiáng)化，而納米晶Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金的時(shí)效強(qiáng)化機(jī)制為晶界溶質(zhì)偏聚。

（3）高壓扭轉(zhuǎn)變形引入的大量晶界及高密度位錯(cuò)，促進(jìn)合金元素?cái)U(kuò)散，導(dǎo)致時(shí)效過程中，大量溶質(zhì)原子偏聚于晶界。

（4）溶質(zhì)原子晶界偏聚強(qiáng)化是納米晶Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金的一種主要強(qiáng)化機(jī)制。進(jìn)一步研究鎂合金中的偏聚/團(tuán)簇形成機(jī)理及其強(qiáng)化機(jī)制，利用偏聚/團(tuán)簇進(jìn)一步提高鎂合金的強(qiáng)度和塑性，對(duì)超高強(qiáng)韌鎂合金開發(fā)具有重要意義。

文獻(xiàn)鏈接：Altered ageing behaviour of a nanostructured Mg-8.2Gd-3.8Y-1.0Zn-0.4Zr alloy processed by high pressure torsion (Acta Materialia, 2018, doi.org/10.1016/j.actamat.2018.04.003)。

本文由材料人編輯部金屬組 楊樹 供稿，材料牛編輯整理。

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