西安交大研究人员提高镁的变形加工能力，使镁“返老还童”

2022-04-13 11:17:05 来源：陕西日报

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简介：镁是最轻的金属结构材料，在航空航天、交通运输、电子产品和医疗等领域具有广阔的应用前景。然而，相比于传统金属材料，如钢铁和铝合金，镁的塑性变形加工较困难，工艺成本高，制约了其广泛应用。

镁是最轻的金属结构材料，在航空航天、交通运输、电子产品和医疗等领域具有广阔的应用前景。然而，相比于传统金属材料，如钢铁和铝合金（第九届中国铝工业科学技术发展大会），镁的塑性变形加工较困难，工艺成本高，制约了其广泛应用。

近日，西安交通大学单智伟教授团队在针对镁的塑性变形行为和内在机制研究中发现，在高应力或高应变速率下加工，可由高应力引发新的变形机制，进而提高镁的变形加工能力。

金属材料（2022全国金属材料分析测试与模拟计算线上报告会）在塑性变形时一般会发生加工硬化现象，即随着变形量的增加，材料内部缺陷和损伤逐步累积，当硬化到一定程度时，材料将不具备继续塑性变形的能力，最终发生断裂。对于金属镁而言，其沿晶体学轴压缩时加工硬化十分明显，塑性变形量一般仅在5%—10%。

近年来，针对镁的塑性变形行为和内在机制，西安交通大学单智伟教授团队开展了系统深入研究，发现亚微米尺寸的镁单晶，当沿轴压缩时，首先发生由锥面位错滑移主导的塑性变形，令人意想不到的是，随着加工硬化的不断加剧，原本认为塑性已消耗殆尽的样品并没有断裂失效。当流变应力升高到1GPa水平时，样品突然被压为扁平状，且没有裂纹产生。此外，被压扁的样品已不再是单晶，而是由多个具有共轴取向关系的小晶粒组成，小晶粒内部有大量的基面和非基面位错。

通过系统分析并结合分子动力学模拟，该团队提出新晶粒是通过锥面—基面转变形成的。在新晶粒形成后，原本已消耗殆尽的塑性得到了再生，继续加载时样品仍可持续发生很大的塑性变形。在新形成的晶粒中，可以继续发生由位错和孪生协调的塑性变形，犹如“返老还童”，样品重新具有了塑性变形能力。该研究丰富了对塑性变形机制的认识，为镁的变形加工提供了新的启发：在高应力或高应变速率下加工，可由高应力引发新的变形机制，进而提高镁的变形加工能力。