導讀：包括鎂合金在內的大多數金屬長期以來都面臨著強度-塑性權衡的困境，這阻礙了它們的廣泛應用。在這項研究中，我們提出了一種梯度非均勻晶粒（GHG）結構，以避免這種折中困境和超聲嚴重表面嘗試在ZE41鎂合金中軋制來構建這種新型結構。這里，溫室氣體結構結合了梯度結構的優點和不均勻的晶粒結構，并引入較大的微觀結構不均勻性。與粗晶粒和非均勻晶粒相比結構合金，GHG結構合金在強度、延展性和應變硬化能力方面表現出顯著增強。據我們所知，在塑性不降低的情況下，其強度遠高于普通ZE41鎂合金。這些都是獨一無二的機械性能不僅來源于非均質結構成分（包括細/超細顆粒）的單獨貢獻晶粒和變形粗晶，以及通過異質變形產生的強化和硬化效應的協同效應。總之，本研究為開發高強度、高韌性的新型鎂合金提供了一條可行的途徑。

眾所周知，強度和延展性是相互關聯的，幾乎在所有金屬和合金中都是排他性的，這導致了長期存在的強度-延性權衡困境。這在鎂及其合金中，權衡困境更為突出，由于其絕對強度低，且室溫下延展性差。這已成為鎂合金廣泛應用的一個關鍵缺陷，成為潛在的發展趨勢。晶粒細化是一種有效且廣泛的方法，用于強化金屬的方法，其結果是納米金屬材料的快速發展。

本研究采用鑄態商用ZE41鎂合金。鑄錠被加工成尺寸為50mm×25mm×4mm。床單在高溫下預熱350°C加熱10分鐘，然后軋制至3 mm厚，每道次減少0.25 mm，然后軋制至2 mm每層厚度減少0.125 mm。樣本在上一次軋制后，在350°C下重新加熱3分鐘通過在試驗過程中，輥子保持100°C的恒定溫度處理。在處理之前對板材進行機械研磨，以去除氧化層和獲得光滑的表面。圖1給出了示意圖加工路線的定義。

初始鑄態合金呈現粗晶結構，平均尺寸約為89 μm，如圖3a所示。b.共晶t相(Mg7Zn3RE)也存在于微觀結構，表現為網狀結構。TEM圖像顯示為非均勻晶粒(HG)。如圖4所示。

圖5和圖6為TEM橫斷面圖像USSR的合金。微觀結構表現為elon門控UFGs混合了細小的雙片層，如圖所示，圖6所示。在50 μm的深度范圍內，一些等軸UFGs也存在。可見，其大小比最上面的略大表層。晶粒尺寸和長徑比UFGs隨著深度的增加逐漸增加。

圖7為USSR合金的TEM圖像靠近未經處理的表面的層。高密度的位錯和細長晶粒是該組織的特征。含有高密度位錯的雙Lamel也很常見。這一觀察表明，這一層未經處理的地表附近仍發生嚴重的塑性變形，形成變形的HG結構。

圖8為USSR的橫截面掃描電鏡圖像合金。

圖9顯示了表面輪廓的演變。鑄態合金采用400砂紙進行研磨，并因此用表面粗糙度表示一個粗糙的表面。滾壓后，表面粗糙度de降低到0.078 μm。

3.2 機械性能

圖10a給出了來自USSR處理的表面的GHG結構硬質合金(即USSR合金)的硬度輪廓。隨著硬度的增加，硬度近似下降深度范圍為0 μm ~ 900 μm。圖10b為所研究的合金的拉伸應力-應變曲線，并收集力學性能。

在表2中。GHG組織合金在所有合金中均表現出極大的強度和延性，具有優異的強度-延性協同作用。

4、討論

4.1 機制超高強度和良好的延展性

觀察到GHG結構ZE41鎂合金(即蘇聯合金)具有超高的強度和良好的韌性，這可以歸因于它獨特的結構。該層的UFGs具有很高的硬度和強度。通過晶粒細化強化作用，可以達到強化效果，由顯微硬度圖(圖10a)證實。

GHG結構合金的延性優于CG和HG結構合金，其原因在于幾個方面。首先是HDI硬化和位錯硬化。由GHG結構引起的異形變產生額外GNDs和內部應變硬化。漸變UFG圖層和變形的汞層在溫室氣體結構中可以有效地發揮作用產生HDI硬化和位錯硬化。從而介紹了高應變硬化能力和良好的延展性。

二是梯度結構的延性好，溫室氣體結構中的梯度結構層可以在單軸加載條件下誘導多軸應力狀態，促進新的滑移系統的激活和分散的位置積累[85]，提供額外的應變難以保持良好的延性。

4.2 溫室氣體結構的形成機制

如圖11a, b, d, e。I1 SF的ABABACAC堆積序列顯示，而I2 SF的堆積順序為ABABCACA顯示兩個連續的FCC層。保險絲證明了他們對塑料的重大貢獻變形。也發現了幾對來自gb的雙胞胎并且經常與錯位相互作用。

隨著對USSR處理表面沖擊次數的增加，晶粒尺寸不斷減小，從而變形孿晶變得越來越硬。Non-basal為了調節c軸應變，必須激活滑移。對于Mg合金，其臨界分辨剪應力(CRSS)為非基面滑移顯著高于基面滑移，以及室溫下擴展孿晶。

然而，非基礎滑移的激活在細粒或UFG Mg中頻繁報道顯著提高合金的延性。在本研究中，罕見的變形雙胞胎在UFG區域(圖5和圖6)暗示非基底細胞的活化滑動。MD仿真進一步證明了這一點，滑移可以激活在NC Mg期間的高速影響加工。因此，基面滑移和非基面滑移成為今后塑性變形的主要形式細化。

5、結論

在本研究中，提出了一種策略，以發展一種新鎂合金的溫室氣體結構通過組合滾動。溫室氣體結構是由厚梯度UFG層(厚度約900 μm)和de形成HG層。晶粒尺寸從幾百納米到幾十微米，跨度為幾個數量級。GHG結構的ZE41鎂合金呈現同步與CG和HG相比提高了強度和延性結構化的。這種改善不僅源于非均質結構組分的單獨貢獻，包括細/超細晶粒和變形粗晶粒，而且它們通過HDI增強和HDI硬化效應的協同作用。此外,我們的處理方法與滾動和蘇聯可用于制備其他合金中的GHG結構很容易按比例放大生產。