【摘 要】
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本研究选用Mg-3Gd(wt.%)合金作为研究对象,采用累积叠轧(ARB)工艺制备出了较高强度的纳米结构Mg-Gd合金,并在不同温度下退火优化变形组织与性能。综合采用万能拉伸机、电子背
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本研究选用Mg-3Gd(wt.%)合金作为研究对象,采用累积叠轧(ARB)工艺制备出了较高强度的纳米结构Mg-Gd合金,并在不同温度下退火优化变形组织与性能。综合采用万能拉伸机、电子背散射衍射技术和透射电子显微分析技术对各种状态合金力学性能和微观组织进行表征,系统研究了ARB工艺、退火工艺对纳米结构Mg-Gd合金组织与性能的影响规律,从元素偏聚和位错结构角度深刻揭示影响纳米结构Mg-Gd合金强塑性的微观机制。主要研究结果如下:(1)采用ARB方法经1-4道次处理制备出了纳米结构Mg-Gd合金板材,其微观结构主要由超细晶和层状纳米孪晶组成,具有较高的强度但塑性较差。ARB 1-3道次随道次增加,组织逐步细化,但在4道次时发生局部动态再结晶。经2道次ARB制备的纳米结构Mg-Gd合金具有较好的强塑性。(2)经退火处理后纳米结构Mg-Gd合金的强塑性显著改善。其中,190℃退火后合金强度相比于变形态提高了23%;290℃退火后合金的强度与变形态基本持平,而延伸率达到24.2%,塑性提高了近4倍;310℃退火后强度略微降低,但延伸率达到36.6%;360℃退火后强塑性都存在一定程度的下降,但整体性能仍显著优于原始粗晶样品。(3)对经系列温度退火的纳米结构Mg-Gd合金的微观组织进行TEM表征,发现经190℃退火后的纳米结构组织晶界处发生了明显的Gd元素偏聚,这可能是其强度较变形态大幅提升的根本原因;290℃退火样品内部发生部分再结晶,形成超细晶和再结晶晶粒组成的混晶组织,使材料的屈服强度和加工硬化能力大大增加;310℃和360℃退火后为完全再结晶组织。(4)退火后纳米结构Mg-Gd合金组织中的位错主要为<a>型位错,经拉伸变形后组织内部同时存在<a>型位错和大量的<c+a>型位错,表明<c+a>型位错在纳米结构Mg-Gd合金的塑性变形过程中具有重要作用。<c+a>型位错及孪晶的产生与晶粒尺寸具有一定的相关性,并存在临界晶粒尺寸。随着退火温度的升高<c+a>型位错出现的临界上限值逐步增加。
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