Mg-Gd-(Y)合金中溶质拖曳效应对织构演变及力学性能的影响

Mg-Gd-(Y)合金中溶质拖曳效应对织构演变及力学性能的影响镁合金中基面滑移和孪生是主要的变形模式,这是镁合金中形成强织构的原因。研究表明稀土的添加可以有效的弱化织构,从而提高镁合金的成形性能。

但镁稀土合金的织构演变依然依赖于合金元素匹配及热加工工艺。开展镁合金织构弱化机理的研究尤为重要。

目前有关镁稀土合金织构弱化机理的讨论主要聚焦于稀土溶质原子的拖曳效应。而且溶质原子对位错的拖曳会导致动态应变时效(DSA)效应,而DSA效应的表现为拉伸曲线上的锯齿状波动。

所以,稀土溶质的拖曳效应会对镁合金的织构演变和力学性能产生影响。但有关于镁合金中溶质拖曳效应的实验研究非常缺乏。

本文采用电子背散射衍射分析(EBSD)、高角度环形暗场扫描透射电镜(HAADF-STEM)和高温拉伸实验手段研究Mg-Gd-(Y)合金中的溶质拖曳效应对织构演变和力学性能的影响。研究结果表明:相同变形条件下,Mg-1wt.%Gd合金中有较多的剪切带,织构也比对比合金AZ31的织构弱。

不同温度反挤压的Mg-1wt.%Gd样品的EBSD结果表明Mg-1wt.%Gd在400℃反挤压第一次出现了稀土织构<2111>。针对Mg-1wt.%Gd合金中出现稀土织构<2111>//挤压方向(ED)的样品,利用HAADF-STEM表征,发现了大量的<c+a>非基面位错开动,并且在剪切带内的小角度晶界附近,发现Gd原子在伯氏矢量为1/3<1120>的位错上偏聚。

溶质原子在基面位错上的偏聚,对基面位错产生拖曳作用,阻碍基面位错的滑移,增加非基面滑移的比例,增强了Mg-1wt.%Gd合金的协调性变形,最终有效弱化合金织构。Mg-2wt.%Gd和GW83(Mg-8wt.%Gd-3wt.%Y)合金的高温拉伸结果表

明,Mg-2wt.%Gd在200℃和250℃,GW83在150℃、200℃和250℃的温度区间的拉伸应力应变曲线出现了锯齿状的波动,这是典型的DSA效应的表现,这一效应是在变形温度和应变速度匹配的加工窗口,位错运动与溶质原子偏聚的交互作用导致的结果。

室温下由于稀土溶质原子扩散速度很慢,溶质原子与位错交互作用不明显,所以没有出现DSA效应。而在较高温度,稀土溶质原子与位错的交互作用增强,溶质原子的偏聚对位错产生拖曳力,出现了明显的DSA效应。

GW83出现DSA效应的起始温度为150℃,比Mg-2wt.%Gd的200℃要低。同时,GW83合金在高温拉伸时,相比于150℃变形,在200℃高温拉伸中屈服强度反常升高,这应该是由于GW83中溶质原子溶度更高,溶质原子与位错的交互作用更明显的结果。