鎂合金屬于密排六方結(jié)構(gòu)，室溫下其基面滑移的臨界分切應(yīng)力（CRSS）顯著低于非基面滑移，塑性變形過(guò)程中主要以基面滑移為主導(dǎo)，導(dǎo)致較差的室溫塑性。鋰元素的添加能顯著提升鎂合金的室溫塑性，其塑性的提升與鋰元素能有效提升鎂合金中非基面滑移的活性有關(guān)。通常認(rèn)為，鎂鋰合金中非基面滑移的啟動(dòng)，特別是<c+a>滑移的啟動(dòng)可增加獨(dú)立滑移系的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)均勻塑性變形。
南京工業(yè)大學(xué)信運(yùn)昌教授等人對(duì)比Mg-4.5 wt.% Li合金與純鎂在室溫下的塑性變形行為發(fā)現(xiàn)，鋰元素的添加顯著提升了鎂合金的均勻塑性變形能力。變形機(jī)制定量分析表明，鎂鋰合金沿板材橫向拉伸的主導(dǎo)變形模式為柱面<a>滑移，純鎂沿板材橫向拉伸的主導(dǎo)變形模式為基面<a>滑移。然而，基面<a>滑移和柱面<a>滑移均只能提供兩個(gè)獨(dú)立滑移系，且都不能協(xié)調(diào)c軸方向的應(yīng)變。因此，將鋰添加導(dǎo)致塑性變形均勻性增加簡(jiǎn)單歸結(jié)為非基面滑移活性增加的機(jī)制不準(zhǔn)確。
針對(duì)此問(wèn)題，信運(yùn)昌教授等人系統(tǒng)地研究了純鎂和Mg-4.5 wt.% Li板材的塑性變形行為。結(jié)合理論計(jì)算結(jié)果和CPFEM模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鋰元素的添加對(duì)鎂合金均勻塑性變形的提升，與變形由軟取向晶粒所組成的帶狀區(qū)域向周?chē)踩∠蚓Я鬟f的難易程度有關(guān)。當(dāng)柱面<a>滑移與基面<a>滑移間的CRSS比值較高時(shí)，不同取向晶粒的變形啟動(dòng)應(yīng)力（AS）在較大范圍內(nèi)變化。變形過(guò)程中，塑性變形優(yōu)先在AS非常低的晶粒內(nèi)開(kāi)始，由于相鄰區(qū)域內(nèi)晶粒的AS差值較高，因此，塑性變形很難向區(qū)域外傳遞，從而產(chǎn)生嚴(yán)重的塑性變形局域化，形成變形帶。鋰元素的添加顯著降低了柱面<a>滑移與基面<a>滑移的CRSS比值。因此，鎂鋰合金中不同取向晶粒的AS變化范圍很小，相鄰晶粒之間AS差值較小，變形容易從較軟的區(qū)域均勻地傳遞到周?chē)南噜弲^(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)均勻塑性變形。這一發(fā)現(xiàn)為Mg-Li合金的均勻塑性變形行為提供了新的見(jiàn)解。
研究結(jié)果以“The mechanism for Li-addition induced homogeneous deformation in Mg-4.5wt.% Li alloy”為題發(fā)表在國(guó)際期刊《International Journal of Plasticity》上，徐敬博士為論文第一作者，管博博士為共同第一作者，信運(yùn)昌教授為通訊作者。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2023.103763
圖1 室溫下，純Mg與Mg-4.5Li板材沿TD方向拉伸過(guò)程中的應(yīng)變分布圖。
表1.純Mg與Mg-4.5 wt. % Li合金在不同應(yīng)變量下滑移跡線統(tǒng)計(jì)結(jié)果
表2.通過(guò)CPFEM獲得的純Mg硬化參數(shù)
表3.通過(guò)CPFEM獲得的Mg-4.5 wt. % Li硬化參數(shù)
圖2 （a, c）純Mg與（b, c）Mg-4.5Li中的啟動(dòng)應(yīng)力及相鄰晶粒啟動(dòng)應(yīng)力差分布。
圖3 圖2中(a) Mg-4.5 wt. % Li和(b)純Mg的典型區(qū)域的AS和ΔAS的定量分析。黑色和白色數(shù)字分別代表晶粒的AS和相鄰晶粒間的ΔAS。
圖4 (a)純Mg和(b) Mg-4.5 wt. % Li中不同取向晶粒的啟動(dòng)應(yīng)力值及晶粒取向分布。
京公網(wǎng)安備11010802046783號(hào)
