Scripta Mater.：熱處理強化Mg-Al-Ca-Mn-Zn合金，兼備優良室溫成形性和抗拉強度

【引言】

輕質鎂合金是最輕的結構金屬之一，在汽車領域中具有廣闊的應用前景。然而，在室溫下，鎂合金的成形性較差、強度較低，因而制約了Mg合金更為廣泛的應用。一般來說，拉伸成型性和屈服強度是負相關的，因此難以同時獲得高強度和高成形性。另一方面，輕質鎂合金時效硬化響應滯后，這兩方面的問題共同限制了輕質鎂合金的發展。

【成果簡介】

近日，日本國立材料科學研究所T.T. Sasaki（通訊作者）團隊在Scripta Mater.上發表了一篇題為“A heat-treatable Mg–Al–Ca–Mn–Zn sheet alloy with good room temperature formability”的文章。該研究團隊將高純鎂、鋁、鋅以及Mg–30wt%Ca and Mg–2wt%Mn母合金在氬氣氣氛中通過感應熔煉爐熔煉，制備得到了Mg–1.1Al–0.3Ca–0.2Mn(AXM100)和Mg–1.1Al–0.3Ca–0.2Mn–0.3Zn(AXMZ1000)合金，繼而將其形變熱處理，制成10 mm板材。研究人員評估了其拉伸成型性，測定了時效硬化響應，表征了宏觀尺度組織與微結構組織，并進行了三維原子探測（3DAP）分析。研究結果表明熱處理后的Mg-Al-Ca-Mn-Zn合金具有高強度和良好的室溫成形性。

【圖文解讀】

圖一 性能測定

(a) 200℃時效硬化響應；

(b) AXM100與AXMZ1000經T4及T6處理后的拉伸曲線，插圖為其杯突值；

(c) 各類合金板的屈服強度-杯突值曲線。

圖二 晶體結構分析

經T4處理的AXM100與AXMZ1000電子背散射花樣反極圖(EBSD IPF)與(0002)方向極圖：(a) AXM100合金板； (b) AXMZ1000合金板。

圖三 拉伸成形過程中的晶體結構演變

拉伸成形過程中微觀結構和織構演變EBSD IPF圖與(0002)方向極圖：(a) 3.3mm；(b)7.7mm(斷裂成形高度)。

圖四 微觀組織分析

(a) 經T6處理后AXMZ1000的明場透射電子顯微圖像；

(b) 高分辨透射電鏡圖像；

(c) 經T6處理后AXMZ1000的三維原子圖，本圖顯示G.P.區具備單原子層結構 ；

(d) 圖(c)中框選區域對應的一維成分分布曲線圖，該圖顯示了在G.P.區中富含Al、Ca元素。

【小結】

本文研究表明經T4處理的Mg-1.1Al-0.3Ca-0.2Mn-0.3Zn合金板具有良好的室溫成形性，杯突值為7.7mm，經不足1h的T6處理后，強度由144MPa增加到204MPa。通過添加微量鋅，形成的較弱四重基面織構有利于大的拉伸成形性。TEM和3DAP表征結果顯示經T6處理后，基面上單原子層G.P.區內富含Al和Ca元素，這是強度從144MPa上升至204MPa主要原因。因此，此項發現將促進具有優異室溫成形性的“烘烤硬化”高強度鎂合金的發展。

文獻鏈接：A heat-treatable Mg–Al–Ca–Mn–Zn sheet alloy with good room temperature formability(Scripta Mater., 24 May, 2017, DOI: 10. 1016/j. scriptamat. 2017. 05. 034)

本文由材料人編輯部陳炳旭編譯，趙飛龍審核，點我加入材料人編輯部。

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