《Acta Materialia》：揭示超轻高强镁合金的相变过程

近日，研究人员报道了一种体心立方（BCC）结构的轻质高强镁合金LA113: Mg-11Li-3Al (wt.%) 。该合金在350 C温度下均匀化处理后并水淬，其强度可迅速达到峰值。研究表明，水冷过程中合金元素之间调幅分解形成了有序相，从而导致了该合金的大幅强化（Xin et al., Science Advances 2021, 7, eabf3039）。此外后续时效处理还可形成与基体半共格的D03-Mg3Al（θ）相，从而使该合金进一步强化（Tang et al., Nature Communications 2019, 10, 1003）。然而，不同于传统的面心立方（HCP）结构镁合金，BCC体系镁合金时效过程中的相变顺序及其相应的转变温度仍不明确，进而限制了该类型合金的热处理制度的设计与制定。

针对该问题，澳大利亚新南威尔士大学辛同正博士、Michael Ferry教授，与中北大学赵宇宏教授，南京理工大学唐颂副教授等人合作，通过原位同步XRD研究了镁合金在不同温度下等温时效的相变过程，通过TEM、SEM、第一性原理计算和相场模拟研究了不同析出相的形貌和演化过程，同时还研究了各个相变过程对合金力学性能的影响，从而为制定合金热处理制度提供了理论和实验依据。该工作以题目为“Phase Transformations in an Ultralight BCC Mg Alloy during Anisothermal Aging”发表在《Acta Materialia》。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2022.118248

该项研究工作通过真空熔炼制备了LA113合金铸锭，把铸锭升温到不同温度后等温时效，通过原位同步XRD鉴定分析了LA113合金在各个时效温度下的各种相结构，包括β基体、α-Mg、Al2Y、Mg3Al和AlLi相。其中θ相Mg3Al与β基体具有一定的共格关系：<100>β // <100>θ，110β //110θ，从而对合金力学性能起主要强化作用。TEM-EDS表明AlLi相具有核壳结构：内核富镁贫铝，壳层富铝贫镁。AlLi相将前期生成的θ 相作为形核质点形核并长大。最终确定了BCC结构LA113系列Mg合金在在不同温度下等温时效过程中的相变演化次序为：β固溶体 富Al团簇相（调幅分解产物，低温） Mg3Al (θ) 相（中温） AlLi相（高温）。

图1.原位同步XRD鉴定分析LA113合金在不同温度下等温时效所生成的各种相。

图2. θ 相和θ /基体相界面的TEM表征：θ 相的 (a) 明场，(b) 暗场，和 (c) 衍射斑点图片；(d) θ/基体界面的高分辨TEM照片以及 (e-f) 不同选区下的快速傅里叶逆转换。

图3. AlLi核壳结构的 (a) TEM和 (b-f) EDS表征。

图4. 相场模拟Mg3Al AlLi的相转变过程。(a) 275 C等温时效下，Mg3Al AlLi相的形貌演化，(b) 三维AlLi形貌模拟示意图，(c) 成分分布（图 (a) 中红色箭头）。

图5. 随着温度变化，LA113合金中的相变过程以及各个相对力学行为的影响。

*感谢论文作者团队对本文的大力支持。

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