隨著汽車、軌道交通等向輕量化、低能耗、高速、高可靠性方向發展，迫切需要高性能的輕量化材料。鎂合金作為輕的金屬結構材料，具有比強度高、阻尼性能優異、可循環利用等優點，被認為是對鋼鐵、鋁合金、鈦合金等傳統金屬材料的重要補充，以提高運輸中的能源效率。然而，鎂合金具有密排六方晶體結構（HCP），室溫下能夠開動的獨立滑移系較少，因而在塑性變形時易形成強基面織構導致其室溫塑性成形能力差。如何解決塑性加工過程出現的關鍵基礎問題，特別是變形鎂合金的微觀組織調控機制及晶粒轉動機理，已成為當前變形鎂合金板材的研究熱點和重點之一。為此，研究人員提出了一種基于預變形實現取向調控的方法，在不同應變激活條件下，誘發更多的孿晶取向織構和<c + a> 位錯活性，提高鎂合金塑性變形能力，為設計高強韌鎂合金材料提供新思路，同時也為研發高性能密排六方金屬材料提供新途徑。

近，重慶科技學院楊青山副教授、西南大學宋波副教授和重慶大學蔣斌教授等人開展合作，利用孿生變形實現鎂合金板材織構的改變，進而提升鎂合金板材的室溫成形性能。研究結果表明，AZ31鎂合金板材沿ED預拉伸應變~6%后，可引入拉伸應變梯度，然后采用特定壓縮模沿ED方向預壓縮~5%應變，產生大量{10-12}孿晶，其面積分數可達~ 65%，預拉伸試樣的基面偏離TD約20o，形成具有c軸//ED的{10-12}雙取向織構，其抗拉強度達到370 MPa、延伸率29.7%、杯突值6.9 mm，大幅度提高了鎂合金板材室溫成形性能。

本文系統研究了拉-壓預變形對AZ31鎂合金板材織構取向演變的影響，結果如圖1所示。原始擠壓AZ31鎂合金板材晶粒為~30 μm的強基面織構，在室溫下沿ED進行~6%的預拉伸變形，退火后的樣品（PTA樣品）為~10 μm的等軸細晶。在靜態再結晶過程時，預拉伸變形程度足以引發晶界遷移的異常晶粒長大，預拉伸應變路徑引起的高應變梯度激活了應變誘導的晶界遷移。同時，預拉伸應變也激活了c軸向施加應變方向旋轉。PTC試樣（由PTA樣品以相同的應變率沿ED方向進行5mm預壓縮得到）形成了一個新的c軸//ED的{10-12}雙織構取向，其余晶粒形成較弱的雙峰織構，其中{0002}基面織構呈對稱分布。623 K退火1 h后，大部分晶粒發生再結晶，再結晶晶粒的面積分數由4%增加到49%。另外，孿晶和位錯大量去除，晶粒粗化至~ 20 μm。

圖1 AZ31鎂合金板材織構取向演變示意圖

重點研究了AZ31鎂合金的加工硬化行為和成形性能，如圖2所示。一般來說，鎂合金位錯滑移的應變硬化主要變形模式為三個階段：（1）短彈塑性轉變階段；（2）幾乎恒定應變硬化階段；（3）遞減線性應變硬化階段。應變硬化速率θ=dσ/dε，其中σ和ε分別為真應力和真應變。原始樣品平滑階段的θII和線性階段的θIII在屈服后，因為短彈塑性過渡而減小。預壓縮產生的{10-12}雙織構和低屈服強度導致PTCA試樣（由PTC樣品在 623 K下退火1 h得到）θII階段的長度和應變硬化速率顯著增加。預壓縮誘導的{10-12}拉伸孿晶取向有利于基面滑移，增加了基面滑移對塑性應變的貢獻，增加了流變應力(σ - σ0.2)。此外，因位錯密度的不同和c軸//ED的{10-12}拉伸孿晶織構的影響，在ED方向的載荷作用下，PTCA試樣的θIII值高，可提供額外的加工硬化效果，成為位錯滑移的障礙。在室溫成形性方面，激活{10-12}孿晶活性可導致PTCA樣品具有較低的拉伸YSED和較高的面內各向異性。預壓縮變形也提高了鎂合金室溫延性，其中PTCA試樣延伸率為29.7%，板材拉伸成形能力比原始試樣提高了3倍，IE值為~ 6.9 mm。在//ED應變預壓縮過程中，晶粒具有高CRSS值的硬取向，有利于錐面滑移和{10-12}孿晶形成。

圖2 鎂合金板材加工硬化行為和成形性能效果圖

本項目還探索了應力矢量、應變速率和單軸變形方式（壓、拉）等因素影響，構建出應變取向幾何特征模型，從而驅動鎂合金板材晶粒向一定角度偏轉，實現織構軟化效果。晶粒轉動示意圖如圖3，通過常規加工（擠壓或軋制）形成強（0002）基面織構，其c軸垂直于板面；通過梯度應變場區時，受到來自單軸變形垂直于厚度的梯度應變剪切作用。對于鎂合金薄、厚板而言，梯度應變剪切都會產生晶粒c軸取向轉動。預制孿晶對鎂合金板材性能的影響可歸結為以下幾個方面：（1）預制孿晶的取向。預制孿晶的取向取決于孿生變形過程中的應變路徑，通過改變應變路徑可以產生多個孿晶取向，對鎂合金板材的各向異性和成形性進行調控；（2）孿晶化鎂合金板材的再結晶行為?；趯\生變形和滑移變形（預壓縮、預拉伸等）的耦合作用，可實現孿晶化鎂合金板材的靜態再結晶組織的優化，從而進一步提升孿晶織構對成形性能的貢獻；（3）孿晶取向和孿晶界。基于多步孿生變形可以實現孿晶取向的隨機化和產生大量交叉孿晶界，這種組織不僅可以降低各向異性并提升成形性能，而且還可以實現板材強度的提升。

圖3 鎂合金晶粒轉動示意圖

綜上所述，本研究利用拉-壓取向調控制備AZ31鎂合金板材，沿厚度方向的小應變壓縮可在基體中引入大量的拉伸孿晶，孿晶的c軸聚集在壓縮軸的方向，這種孿生織構可以極大地提升鎂合金板材的厚度變形能力，進而提升板材的室溫成形性能。孿生引起的取向變化可有效提升鎂合金板材的室溫沖壓成形性能。結合多步孿生變形和熱處理，可以進一步調控孿晶取向和片層結構，實現鎂合金板材強度和成形性能的優化搭配。

作者簡介

作者/通訊作者簡介：

楊青山（作者），博士后，重慶市科技學院副教授、碩士生導師，九三學社重慶市沙坪壩區副主委、沙坪壩區政協委員。兼任《Journal of Magnesium and Alloys》《Rare metals》期刊青年編委，先后承擔科研項目20余項，發表學論文70余篇，已授權發明30余項，獲得省部級獎勵5項。

宋波（通訊作者），博士后，西南大學副教授。《Journal of Magnesium and Alloys》期刊青年編委，主持自然科學基金、人社部基金等項目10余項，已在Scr Mater, Mater Sci  Eng A, Mater Des等期刊上發表SCI學術論文60余篇，授權發明4項，獲得省部級獎勵2項。

蔣斌（通訊作者），重慶大學二級教授/博導，教育部長江學者特聘教授、萬人計劃科技創新領軍人才，科技部創新團隊負責人，重慶市杰出青年基金獲得者。發表SCI論文180余篇，起草制訂國際國內標準7項，授權發明40余項，獲得國際獎1項、省部級一等獎3項。