尹冬弟等：析出相对WGZ1152镁合金室温压缩变形机制及塑性不均匀的影响

dahuangfeng

Mg-11Y-5Gd-2Zn-0.5Zr（WGZ1152，wt.%）是一款新近开发的高性能耐热镁合金，具有高抗拉强度、抗蠕变性等优良性能，在汽车动力系统领域有着很大的应用前景。前期研究表明，在拉伸变形中，该合金的变形主要由滑移主导，并且在高温下激活了高比例的二级角锥面<c+a>滑移，这是该合金高温塑性好的原因之一。最近研究发现，该合金在室温下具有显著的反拉压不对称性，而现有研究主要围绕其拉伸变形展开，所以定量研究其压缩变形过程中的滑移模式有重要意义。另一方面，塑性变形不均匀性是金属材料变形行为的重要特征，对金属的塑性和强度有重要影响，但目前学界对其了解十分有限。研究塑性变形不均匀性的分布以及探究其影响因素对于理解材料的变形及断裂行为非常关键。
       此外，研究发现，相比于其它形状或惯析面的析出相，柱面盘片状析出相（WGZ1152中的主要强化相）具有更好的强化效果。但是近期有TEM结果表明柱面盘片状析出相可以频繁地被基面位错切过，使得其强化效果被限制。另一方面，关于柱面盘片状析出相对基面<a>和二级角锥面<c+a>滑移的相对强化作用目前还存在争议。因此，相关的实验及统计结果十分必要。
       近日，我院16级本科生倪然、马诗隽，在尹冬弟副教授的指导下，依托国家级大学生创新创业计划项目（SRTP），基于准原位技术，利用位错滑移迹线分析和EBSD分析，通过对比固溶（T4）和时效（T6）态的WGZ1152镁合金，探究了析出相对该合金室温压缩变形模式及塑性变形不均匀性的影响。研究表明，经过T6处理，主导滑移模式由二级角锥面<c+a>滑移转变为基面<a>滑移，因此可以认为柱面盘片析出相对前者的强化作用更显著；变形不均匀大多集中在晶界附近，但晶内也存在；与T4态相比，T6态试样的平均GND密度更大，这表明析出相增强了材料的变形不均匀性。
       此研究通过定量统计的方法，探究了各个滑移模式的析出强化效果，有助于改进析出相-位错交互作用模型，同时加深了对镁合金塑性变形行为的理解。该研究成果以“Effects of precipitate on the slip activity and plastic heterogeneity of Mg-11Y-5Gd-2Zn-0.5Zr (wt. %) during room temperature compression”为题发表在金属材料领域高水平SCI期刊Materials Science and Engineering: A（中科院1区）。论文合作者主要有南京理工大学周浩副教授，重庆大学郑江教授，上海交通大学王渠东教授。
       论文链接：https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0921509321000071


        利用滑移迹线分析的方法，分别统计了两样品中各滑移模式的激活规律。结果表明，T4（70.2%）和T6（49.5%）态样品中都激活了高比例的非基面滑移，其中，二级角锥面<c+a>滑移（34.1%）在T4态样品中占主导。经过T6处理后，主导滑移系转变为基面<a>滑移（50.5%），但仍有相当比例的二级角锥面<c+a>滑移（27.8%）被激活。对于激活的滑移系，归一化Schmid因子集中分布在较大和较小两端，其中>0.3的占50.0%，<0.1的占39.6%。归一化Schmid因子较小的滑移系被激活的原因可能是局部应力偏离宏观应力。

图1：滑移迹线分析示例

图2：Schmid因子及归一化Schmid因子分布

图3：GND密度分布

图4：高GND密度的晶界示例及其两侧晶粒的取向和滑移激活情况

图5：滑移转移示例及对应区域的GND密度分布

       利用EBSD取向差角分析的方法定量研究了变形不均匀性的分布规律及影响因素，发现变形不均匀主要分布在晶界附近，但晶内也同样存在。T6态样品的平均GND密度比T4态大，表明析出相增强了变形不均匀程度。变形不均匀性与周围晶粒的取向以及滑移的激活情况有关。
感谢国家级大学生创新创业计划项目（201810613063）、国家自然科学基金（51401172、51601003）、四川省科技计划项目（2019YJ0238）以及中央高校基本科研专项资金（2682020ZT114）对本研究的资助。


        作者简介：
        倪然
        西南交通大学，材料科学与工程学院，2016级材料成型及控制工程专业毕业生。目前为西南交通大学材料科学与工程专业2020级硕士研究生，主要研究方向为镁合金塑性变形机制、变形不均匀性以及析出相的影响。曾获三好学生，优秀学生干部，校级优秀毕业生，四川省大学生综合素质A级证书等荣誉。完成国家级大学生创新创业计划项目（SRTP）1项，在著名期刊Mat. Sci. Eng. A发表论文1篇。
       马诗隽
       西南交通大学，材料科学与工程学院，2016级材料成型及控制工程专业毕业生。目前为英国利兹大学商科方向硕士研究生，并参与商业咨询相关工作。曾获优秀学生干部等荣誉。曾参加剑桥暑校，完成国家级大学生创新创业计划项目（SRTP）1项，在著名期刊Mat. Sci. Eng. A发表论文1篇。
       尹冬弟
       西南交通大学副教授，主要从事镁合金塑性变形及成型、高性能镁合金等研究。已发表论文50余篇，其中以第一/通讯作者在Int. J. Plasticity（1篇）、Metall. Mater. Trans. A（5篇）、Mat. Sci. Eng. A（7篇）等金属材料领域高水平SCI期刊累计发表论文24篇（中科院1区12篇、2区7篇），h-index 19，引用900余次（Google scholar）。获得授权发明专利5项。主持国家自然科学基金青年项目1项，四川省国际合作项目1项，四川省应用基础研究项目1项。


       教师主页：https://faculty.swjtu.edu.cn/yindongdi


       文章来源：西南交通大学