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《Scripta Mater》新型微觀織構設計，提升鎂合金強度和塑性！

2021-08-31 15:53:34 作者：材料科學與工程來源：材料科學與工程分享至：

鎂（Mg）較差的延展性源于其固有的密排六方（hcp）結構，在室溫（RT）下的變形模式比較有限。此外，在傳統的軋制或擠壓過程中會形成強烈的基面織構，這進一步加劇了鎂及其合金的低成形性。最近，大量研究致力于基面織構分布的隨機化，這已被證明在改善鎂合金的沖壓成形性和延展性方面是有效的。Mg織構弱化可以通過精細的成分設計或采用劇烈塑性變形的方法來實現，如等通道角擠壓、非對稱軋制和多道次軋制，因此了解微觀織構與相關變形之間的密切關系至關重要。

不同取向晶粒之間的應變失配會導致相鄰晶粒之間的應力/應變積累，這需要激發晶內和/或晶間變形模式以實現局部松弛。由于晶間變形的影響，相鄰晶粒的后續變形可能不遵循施密德定律。因此，研究取向相關的晶間位錯相互作用及其對力學性能的影響十分重要。直到現在，關于微觀織構和局部應變/應力之間是否存在相關性，仍然存在爭議。

來自吉林大學的研究人員制備了Mg-1Zn-1Sn-03Y-0.2Ca（ZTWX1100），通過單道次70%壓下率的軋制，獲得了包含基面取向和隨機取向晶粒的合金板，表現為基面隨機異質（BRH）織構，最終顯示出優異的力學性能（均勻伸長率19.6%，抗拉強度255MPa）。相關論文以題為“Enhanced ductility and strength of Mg-1Zn-1Sn-0.3Y-0.2Ca alloy achieved by novel micro-texture design”發表在Scripta Materialia。

論文鏈接：

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

為了獲得BRH織構，對ZTWX1100合金進行300℃×10min預熱，再進行單道次70%的軋制，最后進行350℃×30min退火；另一個試樣預熱400℃×10min，軋制相同，退火250℃×10min，獲得基面織構。

研究發現兩種處理樣品都表現出完全再結晶的微觀結構，具有相似的晶粒空間分布，且BRH和基面織構的平均晶粒尺寸約為5.0和5.1μm。但是兩個樣品的微觀織構是非常不同的，對于BRH樣品除了大量c軸幾乎平行法線方向（ND）的基面取向晶粒外，還存在部分隨機取向晶粒，它們的c軸偏離ND超過15°，基面取向和隨機取向晶粒面積比約為7比3。基面織構偏離ND不超過15°。

圖1 （a）BRH織構和（b）基面織構ZTWX1100合金的EBSD圖、晶粒尺寸分布和應力應變曲線

圖2 BRH織構ZTWX1100試樣沿RD單向拉伸時的準原位組織演變及對應的（0002）極圖

圖3 不同應變下BRH織構ZTWX1100合金沿RD單向拉伸時的準原位組織演變

圖4 基面織構ZTWX1100合金沿RD單向拉伸時的準原位組織演變

不同樣品的拉伸過程中，BRH織構與基面織構相比，基面-隨機晶界（GBs）在適應高局部應力和提高BRH織構試樣延展性方面發揮重要作用。大的內部應變（接近均勻伸長率）主要集中在基面取向晶粒內，由于GB勢壘，在初期拉伸階段在隨機取向晶粒內部激活的位錯將堆積在晶界附近，隨著拉伸應變的進一步增加產生高應變梯度。

當大取向差的GB處的應變梯度達到臨界值時，將在邊界或相鄰晶粒中出現非基面滑移，因此隨著拉伸應變的增加，基面-隨機GB處的位錯相互作用，有利于將局部應力的主要載體從原始隨機取向晶粒轉變為基面取向晶粒，促進非基面滑移的激活。BRH織構樣品的較高拉伸強度源自較強的加工硬化能力。本文為通過織構協調變形改善鎂合金的機械性能提供了新的見解。

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