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近日，上海交通大學(xué)輕合金精密成型國家工程研究中心吳國華教授團(tuán)隊(duì)在高強(qiáng)韌鑄造鎂稀土合金塑性提升機(jī)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(xué)術(shù)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(xué)基金的資助。

鑄造鎂稀土合金以其輕質(zhì)、高強(qiáng)等特性在航空航天、國防等領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。近年來，大量的研究者致力于設(shè)計(jì)新型鑄造高強(qiáng)鎂稀土合金，以推動(dòng)其強(qiáng)度水平的不斷突破。析出強(qiáng)化是鑄造鎂稀土合金中的主要強(qiáng)化機(jī)制，當(dāng)前研究多側(cè)重于析出相組織對(duì)合金強(qiáng)度的影響方面，企圖通過調(diào)控時(shí)效過程中形成的細(xì)小彌散析出相的種類和分布來提升合金強(qiáng)度指標(biāo)。值得注意的是，在實(shí)際工程應(yīng)用中，鑄造鎂稀土合金的局限性往往不完全在于其強(qiáng)度，有時(shí)更在于其塑性表現(xiàn)。為了開發(fā)新型鑄造高強(qiáng)韌鎂稀土合金并推廣其應(yīng)用，深入研究不同析出相組織對(duì)鑄造鎂稀土合金塑性的作用機(jī)制顯得尤為重要，然而，在現(xiàn)有文獻(xiàn)中相關(guān)報(bào)道極少。因此，探索析出相組織對(duì)鑄造鎂稀土合金塑性的影響機(jī)制，對(duì)于高性能鑄造鎂稀土合金材料的進(jìn)一步優(yōu)化和應(yīng)用具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和實(shí)際意義。

在該研究中，吳國華教授及其團(tuán)隊(duì)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(duì)象，通過精確調(diào)控時(shí)效工藝，成功實(shí)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(jī)制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在室溫下，具有面心立方結(jié)構(gòu)的β₁析出相能夠通過激活其獨(dú)立滑移系（<110>{111}）參與拉伸變形過程。這種機(jī)制有助于優(yōu)化鎂基體的變形行為，實(shí)現(xiàn)合金強(qiáng)塑性的協(xié)同提升。該研究結(jié)果對(duì)于進(jìn)一步開發(fā)高強(qiáng)塑鎂稀土合金具有重要的指導(dǎo)意義。

該研究通過對(duì)Mg-3Nd-3Gd-0.2Zn-0.5Zr合金在不同的時(shí)效溫度下（250°C和175°C）進(jìn)行時(shí)效處理，獲得了不同的析出相組織（β₁和β″），并對(duì)比研究了β₁和β″對(duì)合金延伸率的影響及其作用機(jī)制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，β₁和β″的析出對(duì)Mg-3Nd-3Gd-0.2Zn-0.5Zr合金的塑性產(chǎn)生了截然不同的影響。經(jīng)過250°C時(shí)效處理的峰值時(shí)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(shí)效處理的峰值時(shí)效樣品由于β″相的形成，則顯示出明顯下降的延伸率。進(jìn)一步通過對(duì)拉伸前后的析出相形貌進(jìn)行詳細(xì)表征發(fā)現(xiàn)，具有fcc結(jié)構(gòu)的β₁相析出之所以能夠造成合金塑性的異常提升，是因?yàn)樵诶熳冃芜^程中其能夠通過激活其額外的<110>{111}滑移系來協(xié)調(diào)基體的變形。該研究率先揭示了析出相組織對(duì)鑄造鎂稀土合金塑性的作用機(jī)制，為高強(qiáng)韌鑄造鎂稀土合金的開發(fā)和應(yīng)用提供了全新的視角和科學(xué)指導(dǎo)。

近年來，在丁文江院士的大力支持下，吳國華教授團(tuán)隊(duì)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(qiáng)度、塑性和耐腐蝕性等關(guān)鍵性能方面具有重要意義，為航空航天領(lǐng)域裝備的輕量化做出了重要貢獻(xiàn)。

圖1 不同析出相組織下Mg-3Nd-3Gd-0.2Zn-0.5Zr合金力學(xué)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(nèi)部位錯(cuò)及其變形示意圖