Challenges for the microstructure control in high-speed extruded magnesium alloys using coherent precipitates

使用相格析出物控制高速挤压镁合金微观结构的挑战

基本信息

批准号：
21H01669
负责人：
中田大貴
金额：
$ 11.65万
依托单位：
Nagaoka University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

押出し加工前の均質化処理によって析出物の分散状態を変化させたMg-0.5Ca-1Mn(mass%)を作製し、押出し加工後に組織観察を行ったところ、マグネシウム母相に固溶した合金元素を押出し加工中に析出物として形成させた場合が、押出材の結晶粒の微細化により効果的である可能性を得た。Mg-0.5Ca-1Mn合金に形成するMg2Ca相は、高速押出しに伴う加工発熱が大きい場合、マグネシウム母相に固溶し、結晶粒径の微細化効果が小さいことがわかった。このため、αMn相の析出量を増やすためにマンガンを多く添加したMg-0.2Ca-2Mn(mass%)合金を押出し加工に供したところ、結晶粒径を微細化でき、Mg-0.5Ca-1Mn合金とほぼ同じ破断伸びや圧縮破断ひずみを維持しながらも、引張および圧縮耐力を向上させることができた。ただし、Mg-0.2Ca-2Mn合金中には、粗大化した結晶粒も一部存在しており、より熱的安定性の高い析出物を形成する合金系を検討する必要があると考えた。また、カルシウムフリーのMg-Mn合金押出材の特性評価を進める中で、特異な現象を見出した。押出し加工前の熱処理条件や押出し条件の最適化によって、Mg-Mn合金にて、平均粒径3μmの微細かつ均一な結晶組織を得ることができたが、常識とは異なり、結晶粒径の微細化に伴う特性改善効果が極めて限定的であった。電子線後方散乱回折法によって、Mg-Ca-MnおよびMg-Mn合金の引張試験時の組織変化を調べたところ、カルシウム未添加の場合には、柱面すべりの活動が抑制されることがわかった。また、粒界すべりが生じた可能性も示唆されたことから、塑性変形時に粒界すべりが生じやすく、強度が低下した一方で、柱面すべりが活動しなかったため、延性も低下したと考えられる。

我们生产了Mg-0.5Ca-1Mn（质量％），其中在挤压加工前通过均质化处理改变了析出物的分散状态，当观察挤压加工后的组织时，我们发现合金元素固溶在镁基体中研究发现，挤压过程中析出物的形成可能更有效地细化挤压材料的晶粒。研究发现，当高速挤压产生的加工热较大时，Mg-0.5Ca-1Mn合金中形成的Mg2Ca相溶解在镁基体中，细化晶粒尺寸的效果较小。因此，添加大量锰以增加αMn相析出量的Mg-0.2Ca-2Mn（mass%）合金经挤压加工时，可以细化晶粒尺寸，且Mg-0.5Ca -1Mn 可以提高拉伸和压缩屈服强度，同时保持与合金几乎相同的断裂伸长率和断裂压缩应变。然而，Mg-0.2Ca-2Mn合金中存在一些粗晶粒，我们认为有必要考虑形成具有更高热稳定性的沉淀物的合金体系。此外，在评估无钙镁锰合金挤压材的性能时，我们发现了一个独特的现象。通过优化挤压加工前的热处理条件和挤压条件，我们能够在Mg-Mn合金中获得细小且均匀的晶体结构，平均晶粒尺寸为3μm，但由于氧化而改善性能的效果极其有限。。当我们使用电子背散射衍射研究拉伸试验期间 Mg-Ca-Mn 和 Mg-Mn 合金的结构变化时，我们发现，当不添加 Ta 时，棱柱滑移活动受到抑制。另外，有人提出可能发生了晶界滑移，因此认为塑性变形时很可能发生晶界滑移，导致强度下降，但由于柱状表面滑移不活跃，延展性也下降。。