上海一恒对孪晶交互的电子显微研究

作为最轻的结构金属材料，镁及其合金因具有 低密度、高比强度和优异的阻尼减振性能等，被广 泛应用于交通运输，航天航空等领域。将镁合金应 用在交通工具上可以通过减少自重来提高能源利 用率，同时镁合金易于回收再利用，符合当下对于 能源的节约与循环利用的迫切需求，因此镁及其合 金的开发利用受到了越来越多的重视。

1 实验材料与方法

本 实 验 以 高 纯 Mg 及 成 分 均 匀 的 Mg-Y ( 33wt．%) 中间合金为原料，在高纯氩气氛的高频感 应炉中熔炼成名义成分为 Mg-10Y( wt．%) 合金铸 锭。将熔炼好的铸态样品置于 798 K 的马弗炉内热 处理 20 h 后，冷水淬火获得固溶处理的样品。将固 溶样品在 748 K 条件下进行多道次热轧，变形量 50%，然后进行 798 K 保温 9 h 退火，使样品发生充 分的再结晶，去除内应力，获得具有一定织构晶粒 细小均匀的样品，最后进行变形量为 10%的单道次 室温轧制，引入{ 1121} 变形孪晶。使用电解双喷和 离子减薄的方法制备透射电子显微镜样品。双喷 液成分为 2% 高氯酸，98% 乙醇( vol．%) 溶液。用 FEI Tecnai 20 型透射电子显微镜进行观察，加速电 压为 200 kV，获 得 TEM 衍衬像和选区电子衍射 花样。

2 实验结果与讨论

对 10%轧制变形 Mg-10Y( wt．%) 合金样品进行 TEM 观察，发现样品中存在细长的平直板条状 { 1121} 变形 孪 晶，并且在某些晶粒内部观察到 { 1121} 孪晶的交互现象。为了清楚揭示典型 的 { 1121} 孪晶交互作用特征，选取其中一组孪晶交互 现象进行了细致的 TEM 观察，结果如图 1 所示。图 1a 是共轴{ 1121} 孪晶相遇截停交互的 TEM 明场 像，图 1b 和图 1c 为沿基体〈1100〉带轴下观察的 T1 及 T2 的孪晶界衍射图，通过衍射标定分析发现，T1为( 1121) 孪晶，T2 为( 112 1) 孪晶， 这两个孪晶是{ 1121} 系孪晶的一对〈1100〉轴共轴 变体。观察图 1a 的形貌发现，T1 与 T2 相遇后，T1 继续向前生长，T2 截停在 T1 的晶界上，并未进入 T1 孪晶内部，而 T1 内部在交互位置钝角侧出现结构倾 转，由图 1f 衍射图可知，倾转大约有 15°，推测交互 位置存在较大的应力集中。同时观察发现在图 1a 的孪晶交互结构中，分布在交互位置 T2 两边的 T1 孪晶厚度存在明显差异。T1 孪晶右边界在与 T2 所 夹锐角侧明显比钝角侧边界更突出，形成类台阶结 构，该现象反映出 T1 在 T2 两侧生长的不对称性。 在共轴{ 1121} 孪晶交互作用中，类似的台阶状结构 在样品的其他区域也出现过。需要指 出的是，本文所用 Mg-10Y 样品采用单次 10%室温 轧制变形，因此在变形过程中，两条交互孪晶变体 应均满足开动和生长的条件。当两者发生交互作 用后，两孪晶也依然可以同时生长，但在生长过程 中，其中一条孪晶的生长一定会受到另一条孪晶生 长的影响。据此可以推断 T1( 1121) 孪晶板条在交 互位置的不对称生长应该与 T2( 112 1) 孪晶的生长 相关。为了更好的解释孪晶交互作用后，T1( 1121) 孪晶板条与 T2 ( 112 1) 孪晶的生长所形成的结构， 基于{ 1121} 系孪晶的生成与长大的机制，本 文建立( 1121) 孪晶与( 112 1) 孪晶的原子模型，分析 两孪晶形成交互组态后的生长过程，并讨论两者存 在的相互影响，{ 1121} 系孪晶的生成与 长大机制认为: { 1121} 孪晶是 hcp 材料变形孪晶 中，唯一不需要原子重组，通过单一方向的剪切即 可使所有构成格点移动到对应孪生位置的变形孪 晶，其切变方向沿 1 /3〈1 126〉，切变量约为 0. 615。 当( 1121) 孪晶( T1 ) 生长时，孪晶右侧基体中各原 子的切 变 方 向 沿方向。当( 112 1) 孪晶 ( T2 ) 生长时，孪晶左侧基体沿方向切变，右侧基体沿方向切变。


3 结论

上海一恒通过对室温轧制 Mg-10Y( wt．%) 合金中 { 1121} 型孪晶交互作用组态的电子显微结果表征， 揭示了其结构变化特征，得到如下结论。 ( 1) 当{ 1121} 共轴孪晶变体交互时，在形成交 互组态的锐角侧，两孪晶的生长表现为相互促进， 从而共同继续展宽。而在钝角侧，两孪晶生长表现 为相互抑制，孪晶的继续生长受阻。这种生长的不 平衡造成了孪晶出现台阶状结构，并且在钝角侧， 因孪晶生长受阻产生较大的应力集中，在被碰撞孪 晶内部产生了晶格倾转结构。 ( 2) 当{ 1121} 共轴孪晶变体交互时，交互界面 总是在共轴孪晶交叉的锐角角平分线附近。此特 征交互界面的存在是交互现象发生后锐角侧两孪 晶相互协调生长的结果，理 想 交 互 界 面 以 ( 1122) T1 / /( 112 2) T2的重合平面形式存在。