摘要
镁合金具有低密度、高比强度和高阻尼等优点，在民用和军工领域都得到了广泛的应用。但密排六方(HCP)晶体结构较差的对称性导致镁合金在变形过程中容易产生较强的基面织构，导致非基面滑移系和基面滑移系激活的不协调性，同时在现有的商用镁合金中缺少具有良好热稳定性的第二相，使其蠕变性能和高温力学性能较差，从而限制了镁及镁合金在一定领域内的应用。高合金化可改变镁合金的晶格参数，进而改变晶粒的取向和非基面滑移系激活的难易程度；塑性变形可引入非均匀性双峰组织，在变形过程中可促进位错的产生和交互，实现材料的强度-塑性的同步提高。研究表明，通过高合金化改变晶格结构参数和塑性变形改变微观结构组织可得到高性能镁合金，分析其在高温下组织演变与性能之间的关系对新型耐热镁合金的设计提供新思路是十分有意义的。 因此，本文以低成本非稀土Mg-Sn/Ge系合金为研究对象，通过添加不同比例合金元素，引入不同形态第二相，并探讨了其对蠕变机制和蠕变性能的影响；系统阐述了合金在不同变形温度过程中的组织演化及不同尺寸晶粒对变形过程的影响规律；重点研究了非均匀性微观组织对力学行为和蠕变行为的影响机制，为开发具有高性能镁合金提供了理论依据和实验参数。主要结论如下： （1）研究了铸态Mg-10Bi-0.5Mn-0.5Ag（BMQ1000）、Mg-5Bi-5Sn-0.5Mn-0.5Ag（BTMQ5500）和Mg-10Sn-0.5Mn-0.5Ag（TMQ1000）合金在423-473K、45-85MPa条件下的中高温蠕变过程中的组织演变。实验结论显示：BTMQ5500合金的蠕变性能最好，在423K/85MPa下最小蠕变速率为3.74×10–10s–1。复合添加Bi和Sn元素可以有效改善网状结构组织，细化Mg3Bi2相的尺寸，改变析出相形貌。另外，BTMQ5500合金的Mg2Sn相与α-Mg基体具有特殊的取向关系：(020)Mg2Sn//(–1010)Mg。通过对应力指数、激活能的拟合以及微观表征手段，铸态BMQ1000合金的蠕变机制为交滑移，BTMQ5500和TMQ1000合金的蠕变机制为攀移及孪生。同时，三种合金在变形过程中均激活了锥面＜c+a＞滑移。 （2）研究了挤压态Mg-3Bi-3Sn-1Ag（BTQ331）合金在室温和高温下的拉伸变形行为。结果显示：挤压态BTQ331合金中的双峰组织主要由不均匀变形晶粒和均匀细小等轴晶组成，该合金在在室温和498K下的UTS、YS和EL分别为331.9±6.5MPa、253.4±4.9MPa、15.7±1.5%和88.4±2.4MPa,114.7±1.9MPa,62.1±3.6%。室温下细晶对织构成分和强度的影响较大，而高温下超细晶和细晶共同影响织构，这归因于激活的DRX机制的不同，室温下CDRX在应变协调中起重要作用，高温下由于晶界滑动更容易，CDRX和DDRX共同协调应变。同时还发现，在室温和高温下的整个变形过程中，锥面＜c+a＞滑移和基面＜a＞滑移同时激活，并且二者存在竞争关系。 （3）研究了挤压态Mg-3Ge-3Ga合金在398-498K下的高温力学性能和在423-473K、30-50MPa的高温蠕变行为。结果表明挤压态Mg-3Ge-3Ga合金由细小动态再结晶晶粒和均匀的等轴晶粒组成的混晶组织构成，在398K下的UTS、YS和EL为191.5±2.3MPa，125.4±1.5MPa，47.5±1.6%，在498K下的延伸率达到了79.1±2.7%。该合金具有良好的变形能力，在398-498K下发生明显的动态再结晶行为，锥面＜c+a＞滑移和柱面＜a＞滑移为主要变形机制。合金在423-473K、30-50MPa的蠕变时间均达到100h，通过对应力指数、激活能的拟合，推断挤压态Mg-3Ge-3Ga合金的蠕变机制为攀移。
NETL