《Scripta Mater》新型微观织构设计，提升镁合金强度和塑性！

2021-08-31 15:53:34 作者：材料科学与工程来源：材料科学与工程分享至：

镁（Mg）较差的延展性源于其固有的密排六方（hcp）结构，在室温（RT）下的变形模式比较有限。此外，在传统的轧制或挤压过程中会形成强烈的基面织构，这进一步加剧了镁及其合金的低成形性。最近，大量研究致力于基面织构分布的随机化，这已被证明在改善镁合金的冲压成形性和延展性方面是有效的。Mg织构弱化可以通过精细的成分设计或采用剧烈塑性变形的方法来实现，如等通道角挤压、非对称轧制和多道次轧制，因此了解微观织构与相关变形之间的密切关系至关重要。

不同取向晶粒之间的应变失配会导致相邻晶粒之间的应力/应变积累，这需要激发晶内和/或晶间变形模式以实现局部松弛。由于晶间变形的影响，相邻晶粒的后续变形可能不遵循施密德定律。因此，研究取向相关的晶间位错相互作用及其对力学性能的影响十分重要。直到现在，关于微观织构和局部应变/应力之间是否存在相关性，仍然存在争议。

来自吉林大学的研究人员制备了Mg-1Zn-1Sn-03Y-0.2Ca（ZTWX1100），通过单道次70%压下率的轧制，获得了包含基面取向和随机取向晶粒的合金板，表现为基面随机异质（BRH）织构，最终显示出优异的力学性能（均匀伸长率19.6%，抗拉强度255MPa）。相关论文以题为“Enhanced ductility and strength of Mg-1Zn-1Sn-0.3Y-0.2Ca alloy achieved by novel micro-texture design”发表在Scripta Materialia。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114119

为了获得BRH织构，对ZTWX1100合金进行300℃×10min预热，再进行单道次70%的轧制，最后进行350℃×30min退火；另一个试样预热400℃×10min，轧制相同，退火250℃×10min，获得基面织构。

研究发现两种处理样品都表现出完全再结晶的微观结构，具有相似的晶粒空间分布，且BRH和基面织构的平均晶粒尺寸约为5.0和5.1μm。但是两个样品的微观织构是非常不同的，对于BRH样品除了大量c轴几乎平行法线方向（ND）的基面取向晶粒外，还存在部分随机取向晶粒，它们的c轴偏离ND超过15°，基面取向和随机取向晶粒面积比约为7比3。基面织构偏离ND不超过15°。

图1 （a）BRH织构和（b）基面织构ZTWX1100合金的EBSD图、晶粒尺寸分布和应力应变曲线

图2 BRH织构ZTWX1100试样沿RD单向拉伸时的准原位组织演变及对应的（0002）极图

图3 不同应变下BRH织构ZTWX1100合金沿RD单向拉伸时的准原位组织演变

图4 基面织构ZTWX1100合金沿RD单向拉伸时的准原位组织演变

不同样品的拉伸过程中，BRH织构与基面织构相比，基面-随机晶界（GBs）在适应高局部应力和提高BRH织构试样延展性方面发挥重要作用。大的内部应变（接近均匀伸长率）主要集中在基面取向晶粒内，由于GB势垒，在初期拉伸阶段在随机取向晶粒内部激活的位错将堆积在晶界附近，随着拉伸应变的进一步增加产生高应变梯度。

当大取向差的GB处的应变梯度达到临界值时，将在边界或相邻晶粒中出现非基面滑移，因此随着拉伸应变的增加，基面-随机GB处的位错相互作用，有利于将局部应力的主要载体从原始随机取向晶粒转变为基面取向晶粒，促进非基面滑移的激活。BRH织构样品的较高拉伸强度源自较强的加工硬化能力。本文为通过织构协调变形改善镁合金的机械性能提供了新的见解。

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