哈尔滨工业大学硕士学位论文
摘要
镁合金因其密度较低而成为结构金属的理想选择，特别在航空航天飞行器的
结构设计和材料选用方面具有显著的吸引力。而在航空航天领域的应用中，金属构
件需要面临在很宽的工作温度范围内服役的挑战。所以，为了拓宽镁合金的应用范
围，研究其在低温环境下的力学性能以及微观力学行为对金属构件的安全评价显
得格外重要。
本文从可以激发镁在室温下发生多系滑移的Y、Gd和Ca元素入手，通过合
金化的方式，探究上述二元合金的低温力学性能，并通过改变挤压工艺、退火工艺
以得到不同再结晶比例的微观组织，探究“温度-微观组织-力学性能”三者的关系。
同时，为了深入了解镁合金在低温下的变形机制，本文将综合先进表征手段如原位
DIC、EBSD等，从局域应力/应变、晶粒取向等角度来解释镁合金低温的变形行为。
研究表明，上述合金元素的添加均可以显著提升镁的低温强塑性。并且本研究
中还发现了在一定温度范围内，随着温度的下降，合金的强塑性同时提升的现象。
通过透射显微观察，发现完全再结晶的Mg-Ca合金在低温下变形后的样品中，可
见大量的c+a位错以及交滑移。所以，低温下强塑性双增现象的出现可能是由于
低温导致变形过程中c+a位错的分解被抑制，更多的c+a位错使得材料的塑性
被很好的提升。
同时，本文通过调控挤压参数成功制备了不同再结晶比例的二元合金。在再结
晶比例较高的具有双模组织的合金中，Mg-Y和Mg-Gd合金中双增现象出现的温
度范围被改变。在不同再结晶比例的同种成分合金中，均为具有完全再结晶组织的
合金在液氮温度下变形的延伸率最高，结合之前的断口分析，说明增大晶粒尺寸来
减小晶界面积，可以在一定程度上延缓沿晶断裂的发生。
本研究中，发现仅有完全再结晶的Mg-Ca合金出现了室温到-100℃的双增现
象，利用原位EBSD和原位DIC技术结合分析，发现室温下开动的滑移系基本为
′
几何协调因子值大的滑移系，并且在预测滑移系的开动时需考虑实际应变传递
′
情况；而在低温下值较小时的滑移系也可以开动，可能是由于低温下晶格参数
′
被改变，同时也侧面说明了低温下滑移系开动的条件变低，即使低值的滑移系
也能被开动，从而使更多的滑移系有机会开动来协调塑性变形。
关键词：二元镁合金；低温力学性能；双模组织；应变协调
I
哈尔滨工业大学硕士学位论文
Abstract
Magnesiumalloys,asthelightestmetalstructuralmaterials,arehighlyattractivefor
thedesignandmaterialselectionofaerospacestructures.Themetalcomponentsusedin
theaerospacefield,needtoserveoverawiderangeofoperatingtemperatures.Toexpand
theapplicationrangeofmagnesiumalloys,itisparticularlyimportanttostudytheir
micro-mechanicalbehavioratlowtemperaturesforthesafetyandcost-effectivenessof
metalcomponents.
Inmaterialssuchasaluminumalloys,thedualstrengtheningandplasticity
enhancementphenomenonatlowtemp