促进多系滑移、抑制拉伸孪晶——合金化调控镁合金塑性新

镁合金通常在室温下表现出低塑性和较差成形性，导致其大规模工业应用受到限制。这主要源于镁的低对称性密排六方结构的两个性质：一是室温下可开动滑移系较少，导致变形不均匀及各向异性；二是作为一种极性变形机制，易激活的拉伸孪晶常在特定的取向下激活，造成强烈的变形不对称性。因此，如何促进镁合金变形过程中更多滑移系开动，避免拉伸孪晶易激活造成的不对称性，改善塑性变形的不均匀性和各向异性，是高塑性镁合金设计的关键所在。

对此，上海交通大学材料学院曾小勤教授团队与西班牙马德里先进材料研究所（IMDEA）合作，采用微柱压缩测试手段，全面探究了Y和Ca元素在镁固溶体中对多种滑移系（基面滑移、柱面滑移及锥面滑移）变形行为和拉伸孪晶开动的影响。研究发现，Y和Ca的共同作用可以显著改善镁合金滑移和拉伸孪晶的临界剪切应力，并改变多晶的主要变形机制，特别是沿晶体学a轴压缩变形时，拉伸孪晶被柱面<a>滑移系所取代，且在同时施密特因子接近的取向下，柱面<a>滑移系更优先于锥面<c+a>滑移系开动。结果表明，通过适当的合金化方法调控，可以使镁合金塑性变形过程中引起强烈变形各向异性的拉伸孪晶显著减少，同时大量激活了在低硬化情况下提供了额外塑性变形能力的柱面滑移，二者的共同作用使得镁合金的延伸率显著提高(>32%)。

本工作深入剖析合金元素对镁合金微观变形机理的影响，为设计高塑性镁合金提供了新的思路。相关成果以 “Critical resolved shear stresses for slip and twinning in Mg-Y-Ca alloys and their effect on the ductility” 为题发表在国际材料领域知名期刊《International Journal of Plasticity》。于铭迪博士生为论文第一作者，王静雅博士后、Javier Llorca教授与曾小勤教授为通讯作者。

来源：微信公众号合金科技