预变形处理协同调控孪晶组织和析出相特征强化镁合金

研究背景

镁合金的强度是工程应用的关键力学性能指标之一。但是，镁合金强度低特别是高温强度低，限制了镁合金的更广泛应用。因此，探索如何进一步提高镁合金强度的方法具有重要的工程意义。

最近，来自中国科学院金属研究所陈荣石教授和广东省科学院材料与加工研究所的研究人员合作针对沉淀强化型高强耐热WE43镁合金，提出了预变形处理协同调控孪晶组织和析出相特征以进一步强化WE43镁合金的方法。该方法基于：1、镁合金具有密排六方晶体结构，容易发生孪生变形形成高孪晶密度的组织；2、合金的位错缺陷显著影响沉淀强化析出相特征。因此，研究团队设计了室温小变形量多向快速预变形加工WE43镁合金，形成大量孪晶和位错，再于200-300℃对合金进行时效热处理。结果表明，200℃峰值时效时，WE43镁合金屈服强度的从202MPa提高至270MPa；250℃峰值时效时，屈服强度从222MPa提高至241MPa；300℃峰值时效时，屈服强度从172MPa提高至226MPa。该方法的主要强化机制是：一方面，稀土溶质Y、Nd原子偏聚于孪晶界并析出细小强化相，使孪晶能够有效阻碍位错运动而产生显著的孪晶强化；另一方面位错缺陷促进合金中的β1和β相的异质形核，提高析出相密度和细化析出相尺寸，从而提高沉淀强化效果。最终，实现了孪晶和析出相协同强化WE43镁合金。

图1 WE43合金的工程应力应变曲线

该文章发表在《Journal of Magnesium and Alloys》2020年第八卷第1期：

[1] Y.H. Kang, Z.H. Huang, S.C. Wang, H. Yan, R.S. Chen, J.C. Huang, Effect of pre-deformation on microstructure and mechanical properties of WE43 magnesium alloy II: Aging at 250 and 300 °C, Journal of Magnesium and Alloys 8(1) (2020) 103-110.

中文摘要

该文针对预变形处理WE43镁合金，研究了合金的250℃和300℃时效组织和力学性能演变。研究发现预变形处理生成的高密度变形孪晶在时效热处理温度下具有热稳定性，特别是在高温300℃下，孪晶界生成第二相并快速粗化。当250℃时效时，预变形处理导致合金中析出的细小β”’和β’相转变为尺寸相对较大的β1和β相。当300℃时效时，预变形处理使合金的β相尺寸明显细化。室温拉伸力学性能测试表明预变形处理使250℃和300℃时效峰值屈服强度分别提高19MPa和54MPa，而没有明显降低合金的断裂延伸率。

Abstract

In this work, the microstructural evolution and mechanical properties of a pre-deformed WE43 magnesium alloy when aged at 250 and 300°C were further investigated. It is found that the abundant deformation twins introduced by pre-deformation were maintained within the alloy during the aging treatment. Second particles formed at the twin boundaries and coarsened with aging time, especially at 300°C. When peak-aged at 250°C, the fine metastable β”’ and β’ precipitates formed in the un-deformed alloy have been transformed into relatively large β1 and β precipitates by the pre-deformation. While peak-aged at 300°C, the pre-deformation obviously refined the β precipitates. Mechanical properties indicate that pre-deformation can increase the yield strength by 19MPa and 54MPa for the peak-aged alloy at 250°C and 300°C, respectively, and will not obviously deteriorate the tensile elongations.

来源：  JMACCMg