導(dǎo)讀：強(qiáng)度-延展性權(quán)衡一直是金屬合金（尤其是鎂合金）中長期存在的困境。在這里，我們報(bào)告了一種通過Li來解決析出強(qiáng)化Mg-Gd合金中這種強(qiáng)度 - 延展性困境的新策略。不同于傳統(tǒng)β′<相，1 wt%Li加入該合金不僅能提高不同尺寸β的沉淀， β1R， βH?II′相和Li團(tuán)簇提供更好的組合強(qiáng)化效果，同時(shí)也增強(qiáng)了位錯(cuò)的活性，以適應(yīng)塑性變形過程中的應(yīng)變。因此，與Mg-7Gd（wt%）合金相比，拉伸屈服強(qiáng)度和延展性同時(shí)得到改善。此外，Li的添加帶來了密度的降低，從而增加了比屈服強(qiáng)度。目前采用加Li的策略為鎂合金的開發(fā)提供了新的視角，這些合金具有高強(qiáng)度延展性協(xié)同作用和高比屈服強(qiáng)度。

鎂合金是汽車和航空航天工業(yè)中使用的其他金屬結(jié)構(gòu)材料的有前途的輕質(zhì)替代品。強(qiáng)度-延展性的權(quán)衡是鎂合金不可避免的挑戰(zhàn)。近年來，Mg-Gd基鍛造合金由于其高強(qiáng)度而特別具有吸引力。Mg-Gd二元合金的拉伸屈服強(qiáng)度（TYS）在熱擠壓后可達(dá)到350 MPa。不幸的是，大量的Gd和其他元素，例如Y，Nd，Zn和Ag等，被添加到這些合金中以進(jìn)一步獲得更高的強(qiáng)度，從而不可避免地導(dǎo)致延展性的妥協(xié)。Mg延展性差源于其固有的六角形緊密堆積（HCP）結(jié)構(gòu)，只有兩個(gè)獨(dú)立的滑動(dòng)系統(tǒng)（基底（0001）<112 ?0室溫下>） 。需要其他變形模式，包括非基滑和孿生，以實(shí)現(xiàn)其高延展性。早期研究證明，鎂合金中的Li添加不僅通過激活錐體位錯(cuò)來提高其延展性，而且還降低了它們的密度。不幸的是，含鎂合金的Li通常表現(xiàn)出較差的強(qiáng)度，其TYS在室溫下幾乎不超過300 MPa。在我們以前的研究中，一種新型納米級(jí) β1R在擠壓的Mg-Gd-Y-Zn-Li合金的晶粒內(nèi)部觀察到相。它在棱柱平面上的動(dòng)態(tài)沉淀使這種帶有Li的合金具有295 MPa的高TYS 。眾所周知，這種納米級(jí)相的動(dòng)態(tài)析出也可以在其他金屬結(jié)構(gòu)材料中觀察到，例如，通過高壓扭轉(zhuǎn)處理的7075 Al合金中的η相，通過等通道角壓處理處理的Zn合金中的Mg-Zn相和通過熱壓縮處理的高Nb鋼中的NbC相.通常，這些納米級(jí)相可以有效地增強(qiáng)強(qiáng)度，同時(shí)保持甚至改善延展性。因此，考慮到Li的增韌和強(qiáng)化β1R在以往的Mg合金中，進(jìn)一步探索通過Li加成突破Mg-Gd合金強(qiáng)度-延展性困境的可能性是非常有趣的。

時(shí)效硬化是提高M(jìn)g-Gd基合金強(qiáng)度的一種方法。三元或四元元素的微量添加進(jìn)一步導(dǎo)致鎂合金的時(shí)效硬化反應(yīng)通過沉淀物的細(xì)化或沉淀相的交替而顯著增強(qiáng)。前者在Mg-Gd體系中添加了Y和Nd，在Mg-Zn體系中添加了Ag和Ca，而后者在Mg-Gd體系中添加了Zn 和Ag ，在Mg-Zn體系中增加了Li。在后一種情況下，Zn和Ag添加到Mg-Gd合金中會(huì)導(dǎo)致β串聯(lián)相位和γ串聯(lián)相，而鋰與鎂鋅合金的痕量添加改變了鎂鋅的優(yōu)勢(shì)相2至 鎂4鋅7。盡管這種時(shí)效反應(yīng)增強(qiáng)可明顯提高強(qiáng)度，但室溫延展性會(huì)受到重大挫折。最近有報(bào)道，峰值時(shí)效的Mg-13Gd合金達(dá)到了470 MPa的明顯高TYS，但在室溫下延展性較差，僅為2.5%。

北京工業(yè)大學(xué)杜文博教授團(tuán)隊(duì)為解決沉淀強(qiáng)化Mg-Gd合金的強(qiáng)度-延展性困境，在本研究Mg-Gd合金中加入合金元素Li，通過沉淀改性調(diào)節(jié)其時(shí)效響應(yīng)，使所得微觀組織達(dá)到高強(qiáng)度-延展性協(xié)同作用。據(jù)我們所知，Li添加對(duì)Mg-Gd基合金的時(shí)效硬化反應(yīng)的影響仍然未知。采用高角度環(huán)形暗場(chǎng)掃描透射電子顯微鏡（HAADF-STEM）和原子探針斷層掃描（APT）闡明了Mg-Gd合金的Li添加引起的沉淀行為變化 。在微觀結(jié)構(gòu)觀測(cè)的基礎(chǔ)上，探討了Mg-Gd-Li合金的增韌和強(qiáng)化機(jī)理。本文以題“New strategy to solve the ambient strength-ductility dilemma in precipitation-strengthened Mg-Gd alloys via Li addition”發(fā)表在Scripta Materialia上。

鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359646222003979

圖 1.（a） 0Li和1Li合金的時(shí)效硬化曲線;（b） 0Li和1Li合金在各種條件下的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線;（三）拉伸屈服強(qiáng)度與電流研究合金和不同Mg和Al合金的斷裂伸長率的關(guān)系（d）比屈服強(qiáng)度與當(dāng)前研究的合金以及商用Mg和Al合金的失效伸長率。

圖 2.（a） 0Li 和 （b 和 c） 1Li 合金的 OM 和 SEM;EBSD（d） 0Li 和 （e） 1Li 合金的 IPF 圖;（f） 取自所有晶粒、變形（Def.）晶粒和DRX晶粒的0Li和1Li合金的IPF。

圖 3.（a）擠壓0Li合金，（b）擠壓1Li合金，（c和c1）峰老化0Li合金和（d和d1）峰老化1Li合金的HAADF-STEM圖像。

圖 4.在（a）擠壓和（b）峰老化條件下，1Li合金中Mg，Gd和Li原子的APT重建圖和分離濃度表面（6%Li和5.5%Gd）。在圓柱體1和圓柱體2之間提供組成配置文件，平均組成為（a1） β1R相位和 （b1）βH?I′階段。（c） 李星團(tuán)和βH?I′圖4b中圓柱體3中的相以及其中相應(yīng)的溶質(zhì)分布。（c1）圓柱體3中Gd和Li原子的2D濃度（原子分?jǐn)?shù)，%）圖。（c2）跨 Li 集群界面的組成配置文件和βH?I′圖4中氣缸中的相位。4c.

圖 5.BF-TEM圖像在（a-c）0Li和（d-f）1Li合金的雙束條件下變形為總應(yīng)變?yōu)?%。

結(jié)論：綜上所述， 我們報(bào)道了一種通過Li加成解決沉淀強(qiáng)化Mg-Gd基合金的強(qiáng)度-延展性困境的新策略.不同于強(qiáng)化β′相在Mg-7Gd（wt%）合金中，向該合金中添加1重量%Li不僅會(huì)產(chǎn)生不同尺寸β,β1R,βH?I′ 相和Li團(tuán)簇具有較好的結(jié)合強(qiáng)化效果，同時(shí)也增強(qiáng)了位錯(cuò)活性，以適應(yīng)塑性變形。因此，環(huán)境強(qiáng)度和延展性同時(shí)得到改善。Li的添加還降低了Mg-7Gd合金的密度，從而將其比屈服強(qiáng)度提高到170千米克?1.