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微合金化是低成本高性能镁合金有效研发路径之一,在此路径下基于显微组织优化设计探索镁合金新型成形成性调节机制,有助于实现轻量化部件的高效制备,提升服役品质。本论文采用高固溶度差异的Y、Nd、Ca合金元素设计三类AZ80M微合金化镁合金:AZ80+0.2-0.8Y,AZ80+0.1Y+0.1Nd,AZ80+0.2Y+0.15Ca(wt.%),研究了Y、(Y+Nd)和(Y+Ca)微合金化形式对AZ80静态再结晶和时效析出两类组织演变行为的调节机制,在此基础上进一步探明微合金化效应下1)AZ80M宽温塑性变形机制与动态组织演变规律以及2)幂律失效条件下中温拉伸蠕变行为与损伤机制。以上研究工作表明:Y,Nd,Ca微量添加致使AZ80铸态和挤压态晶粒粗化,在晶内、晶界形成Al-x(x=Y,Nd,Ca)金属间化合物,挤压态晶粒尺寸不均匀性也随Y含量增加而增大。Y对β-Mg17Al12相具有细化和球化作用。此外(Y+Ca)微合金化明显增加β相热稳定性,提升熔点约32℃。微合金化元素晶界拖曳应力以及Al-x金属间化合物的晶界钉扎效应显著降低AZ80静态再结晶过程晶界迁移速率,所有合金中AZ80+0.2Y+0.15Ca具有最低晶粒长大速率。晶界迁移过程伴随多边形化和晶粒取向变化。微合金化元素调节再结晶织构演变,Y或(Y+Nd)促进优先长大晶粒的基面取向沿挤压方向倾转,弱化基面织构;(Y+Ca)微合金化则持续强化基面织构同时保持晶粒尺寸均匀。微合金化抑制AZ80时效过程非连续析出(DP),减少DP体积含量,促进晶界附近无析出带形成,降低峰值时效硬度。回复与析出并存于初始时效阶段,回复软化致使硬度降低16%。AZ80+0.2-0.8Y时效过程Avrami指数接近1,表明析出主导机制为晶界形核。(Y+Ca)进一步抑制DP过程,无明显时效硬化。DP过程伴随晶界扩散致晶界迁移(DIGM),孪晶处高密度析出阻碍DIGM,同时DP诱发孪晶增殖。DP区域α相取向与其另侧晶粒初始取向相近。DIGM在32°取向差晶界优先发生,并优先从趋近挤压织构的晶粒向邻侧迁移,强化挤压织构。Y微合金化显著激活<c+a>非基面滑移,改善AZ80室温塑性变形均匀性。0.2-0.8 wt.%Y可有效增加断裂应变,小幅降低屈服强度,同时弱化拉压不对称性和力学性能各向异性。(Y+Ca)微合金化弱化位错交滑移应力致使AZ80硬度降低。退火态AZ80+0.2Y板材室温塑性变形时存在晶粒转动和晶粒组间协调变形,孪晶界面存在基体基面<a>滑移与孪晶柱面<a>滑移传播模式。晶界Al2Y颗粒破裂、孪晶与晶界作用产生晶间孔洞以及晶界滑移致晶内剪切开裂等共同构成退火态AZ80+0.2Y拉伸变形损伤形态。微合金化同样可改善AZ80高温(300-400℃,10-4-10-2 s-1)变形性能,Y微合金化可激活更多微剪切带,增加铸态AZ80变形组织均匀性,提高铸态和挤压态高温拉伸断裂延伸率。微合金化后铸态与挤压态高温塑性变形机制由晶界滑移过渡为位错蠕变。高温变形过程动态再结晶(DRX)伴随动态应变析出(DSP),DRX晶粒尺寸随Z ener-Hollomon(Z)参数增大而降低,DSP过程中β相平均生长速率、体积含量以及密度皆随Z参数增加而增加。微剪切带内同时伴生动态再结晶、动态析出以及微裂纹,剪切带宽度随Z参数增大而降低。Y,(Y+Nd)和(Y+Ca)三种微合金化形式皆可降低铸态AZ80在100-150℃/50-100 MPa稳态蠕变速率,提高中温蠕变抗力。退火态AZ80、AZ80+0.2Y与AZ80+0.1Y+0.1Nd的蠕变激活能为63-67 kJ/mol,蠕变机制契合位错攀移协调下的晶界滑移与晶界扩散。微合金化显著提升挤压板材中温蠕变抗力,特别是(Y+Ca)可实现蠕变抗力数量级提升。微合金化板材在超长时域(t>600 h)蠕变后硬度仍显著低于AZ80,其中AZ80+0.2Y+0.15Ca 相比 AZ80 硬度低约 30%。在微合金化效应调节下,DP含量、晶粒尺寸和织构强度对AZ80中温蠕变性能存在协同影响。蠕变过程DP含量在微合金化后显著降低,蠕变抗力随之增强;稳态蠕变速率在50 μm晶粒尺寸左右先减后增,同时随基面织构强化而降低。此外,微合金化可调节中温蠕变损伤模式,AZ80蠕变损伤形态以晶界、晶内孔洞为主,孪晶并与晶界、第二相、其他孪晶作用产生孔洞;AZ80+0.2Y在125℃蠕变损伤形态则由晶界孔洞转变为晶界、孪晶界开裂,断裂模式也由韧性断裂变为韧脆混合断裂。