Mg89Y4Zn2Li5变形镁合金再结晶过程中的14H-LPSO动态溶解及再析出行为

镁及镁合金具有密度小、燃料效率高、易于回收等优点。但强度低、延展性差使其难以满足航空、航天与军工等领域的迫切需求。近年来，含长周期堆垛有序结构(LPSO)的Mg-RE-Zn系镁合金由于突出的室温与高温力学性能引起了人们广泛的关注。经塑性变形(如挤压、轧制、压缩、等通道转角挤压等)，Mg-RE-Zn系镁合金的抗拉强度可达500 MPa以上。Mg-RE-Zn系变形镁合金优异的力学性能主要得益于LPSO的综合强化效果，包括LPSO扭折强化、LPSO纤维强化、LPSO体积强化、细晶强化与析出强化等。其中，动态再结晶(DRX)不仅可以细化晶粒，还可软化合金，是提升镁合金强韧性的主要原因之一。LPSO在塑性变形过程中会发生扭折、破碎、溶解、析出等一系列演变行为，易造成基体内位错的产生、聚集、重组及消失，严重影响动态再结晶的形核与生长。然而，对于LPSO相在动态再结晶过程中所起的作用以及诱发的再结晶机制尚未明晰。此外，细小再结晶晶粒中的精细纳米LPSO片层析出可显著阻碍位错运动，是一种新的强化机制。然而，关于纳米LPSO片层的动态析出行为细节尚不清楚，仍有待进一步阐明。

针对以上问题，中北大学赵宇宏教授课题组柳伟博士等人研究了400 °C时不同挤压速度(Ve=0.4，0.8，1.0，1.2 mm/s)与不同挤压角度(α=30°，60°，90°)条件下制备的热挤压Mg89Y4Zn2Li5合金中LPSO结构、动态再结晶及力学性能变化规律，提出了18R-LPSO相激发的不连续动态再结晶机制(DDRX)与14H-LPSO相激发的连续动态再结晶机制(CDRX)，阐明了14H-LPSO相的动态溶解-再析出机制，为Mg-RE-Zn系镁合金的变形强韧化提供了理论依据。

首先，本文系统地研究了挤压速度(Ve)与挤压角度(α)对Mg89Y4Zn2Li5镁合金微观组织的影响规律。如图1所示，热挤压态Mg89Y4Zn2Li5镁合金均发生了完全再结晶现象。然而，再结晶晶粒尺寸随挤压速度的降低而减小，而随挤压角度的增大而增大。此外，在所有挤压条件下，块状18R-LPSO均沿挤压方向排列，且呈拉长的纤维状。

图1 不同挤压速度和挤压角度下热挤压Mg89Y4Zn2Li5镁合金的OM微观组织

其次，通过对热挤压Mg89Y4Zn2Li5镁合金过渡段的精细表征(图2与图3)发现：①随变形应变增加，18R-LPSO相界面产生起伏现象，形成锯齿状界面，引起位错滑移、重组、消失，从而促成动态再结晶的形核与长大；②随变形应变增加，14H-LPSO相发生扭折变形，导致α-Mg基体内取向发生转变，位错密度增加，促使扭折带边界处的小角度晶界(LAGBs)向大角度晶界(HAGBs)的连续转变，从而形成动态再结晶。提出了18R-LPSO相激发的不连续动态再结晶机制(DDRX)与14H-LPSO相激发的连续动态再结晶机制(CDRX)。

图2 热挤压Mg89Y4Zn2Li5镁合金过渡段组织演变过程EBSD分析结果

图3 热挤压Mg89Y4Zn2Li5镁合金过渡段组织演变过程SEM分析结果

最后，重点研究了热挤压过程中14-LPSO的动态溶解与再析出行为，如图4、图5与图6所示。结果发现，随变形应变增加，原有层片状14H-LPSO相动态溶解，促使α-Mg基体中Y和Zn原子浓度增加，这种高浓度为纳米精细状LPSO结构的析出提供了化学有序。同时，伴随位错运动与溶质原子扩散，Y和Zn原子一旦扩散到层错上，并符合结构有序，就会在再结晶晶粒中以台阶生长机制析出大量的精细24R、18R和14H复合LPSO结构。提出了14H-LPSO相的动态溶解-再析出机制，为Mg-RE-Zn系镁合金的变形强韧化提供了新理论。

图4 细小再结晶晶粒中的LPSO结构形核核心

图5 再结晶晶粒中的24R与18R复合LPSO结构

图6 再结晶晶粒中的14H与24R复合LPSO结构

综上所述，本文通过探究不同热挤压条件下Mg89Y4Zn2Li5镁合金的组织演变规律与力学性能，提出了18R-LPSO相激发的不连续动态再结晶机制(DDRX)与14H-LPSO相激发的连续动态再结晶机制(CDRX)，阐明了14H-LPSO相的动态溶解-再析出机制，分析了含LSPO结构Mg-Y-Zn变形合金的强韧化机理，为高强高韧变形镁合金的制备与开发提供了理论依据。