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近日，上海交通大學輕合金精密成型國家工程研究中心吳國華教授團隊在高強韌鑄造鎂稀土合金塑性提升機制方面有重要發(fā)現(xiàn)，研究成果以“The opposite effect of β₁/β″ on the ductility of aged Mg–3Nd–3Gd–0.2Zn–0.5Zr alloy”為題，發(fā)表在金屬材料學術期刊《Journal of Materials Science and Technology》上（原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2022.11.034），謝赫博士為第一作者，吳國華教授為通訊作者，該研究得到了國家自然科學基金的資助。

鑄造鎂稀土合金以其輕質、高強等特性在航空航天、國防等領域中具有廣闊的應用前景。近年來，大量的研究者致力于設計新型鑄造高強鎂稀土合金，以推動其強度水平的不斷突破。析出強化是鑄造鎂稀土合金中的主要強化機制，當前研究多側重于析出相組織對合金強度的影響方面，企圖通過調控時效過程中形成的細小彌散析出相的種類和分布來提升合金強度指標。值得注意的是，在實際工程應用中，鑄造鎂稀土合金的局限性往往不完全在于其強度，有時更在于其塑性表現(xiàn)。為了開發(fā)新型鑄造高強韌鎂稀土合金并推廣其應用，深入研究不同析出相組織對鑄造鎂稀土合金塑性的作用機制顯得尤為重要，然而，在現(xiàn)有文獻中相關報道極少。因此，探索析出相組織對鑄造鎂稀土合金塑性的影響機制，對于高性能鑄造鎂稀土合金材料的進一步優(yōu)化和應用具有重要的學術價值和實際意義。

在該研究中，吳國華教授及其團隊選擇了自行開發(fā)的新型高性能Mg-3Nd-3Gd-0.2Zn-0.5Zr合金作為研究對象，通過精確調控時效工藝，成功實現(xiàn)了合金中不同析出相組織的形成，率先揭示了β₁析出相在提升合金塑性方面的有效作用機制。實驗結果表明，在室溫下，具有面心立方結構的β₁析出相能夠通過激活其獨立滑移系（<110>{111}）參與拉伸變形過程。這種機制有助于優(yōu)化鎂基體的變形行為，實現(xiàn)合金強塑性的協(xié)同提升。該研究結果對于進一步開發(fā)高強塑鎂稀土合金具有重要的指導意義。

該研究通過對Mg-3Nd-3Gd-0.2Zn-0.5Zr合金在不同的時效溫度下（250°C和175°C）進行時效處理，獲得了不同的析出相組織（β₁和β″），并對比研究了β₁和β″對合金延伸率的影響及其作用機制。實驗結果表明，β₁和β″的析出對Mg-3Nd-3Gd-0.2Zn-0.5Zr合金的塑性產生了截然不同的影響。經(jīng)過250°C時效處理的峰值時效樣品中形成了分布密集的β₁相，使得合金的延伸率異常提升。相反地，經(jīng)過175°C時效處理的峰值時效樣品由于β″相的形成，則顯示出明顯下降的延伸率。進一步通過對拉伸前后的析出相形貌進行詳細表征發(fā)現(xiàn)，具有fcc結構的β₁相析出之所以能夠造成合金塑性的異常提升，是因為在拉伸變形過程中其能夠通過激活其額外的<110>{111}滑移系來協(xié)調基體的變形。該研究率先揭示了析出相組織對鑄造鎂稀土合金塑性的作用機制，為高強韌鑄造鎂稀土合金的開發(fā)和應用提供了全新的視角和科學指導。

近年來，在丁文江院士的大力支持下，吳國華教授團隊一直致力于高性能鎂稀土合金材料的開發(fā)與研究，不斷取得原創(chuàng)性的科研成果。研究成果在提高合金的強度、塑性和耐腐蝕性等關鍵性能方面具有重要意義，為航空航天領域裝備的輕量化做出了重要貢獻。

圖1 不同析出相組織下Mg-3Nd-3Gd-0.2Zn-0.5Zr合金力學性能

圖2 Mg-3Nd-3Gd-0.2Zn-0.5Zr合金析出相組織（β₁和β″變形前）

圖3 Mg-3Nd-3Gd-0.2Zn-0.5Zr合金析出相組織（（β₁和β″變形后）

圖4 Mg-3Nd-3Gd-0.2Zn-0.5Zr合金中β₁析出相變形后內部位錯及其變形示意圖