異質層狀復合板的基體組織、性能及結合界面結構演變受到較多工藝條件影響，其中，成形溫度是決定Mg/Al復合板成形質量的一個重要因素。溫度過低會導致復合板結合強度較差，造成邊裂等缺陷；溫度過高時晶粒受熱長大且易導致產生大量脆性相，從而影響復合板結合質量。

綜上所述，哈爾濱理工大學李峰教授團隊提出了一種新型的襯板累積疊軋的工藝方法。揭示了不同成形溫度對Mg/Al異質復合板基體組織演變和界面結構結合及力學性能的重要影響。相關研究成果以“Synergistic mechanism of strengthening and toughening of tissue regulation response to Mg/Al composite laminates by hard plate accumulative roll bonding”發表在Materials Science＆ Engineering A上。

論文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0921509324000364

本實驗采用襯板疊軋法成形制造了Mg/Al復合板材。由于變形量過大，在累積疊軋過程中易產生加工硬化和殘余應力從而影響板材使用質量，而襯板的存在起到改變復合板軋制過程中受力狀態的作用，且對板材表面起到一定的保護作用，彌補傳統疊軋的工藝缺陷。襯板疊軋Mg/Al復合板工藝流程如圖1所示。

圖1襯板累積疊軋工藝示意圖。

Mg/Al疊軋板在復合連接過程中兩側金屬協同變形，界面結合形貌直接影響復合板的力學性能且中間層的生長速度對溫度十分敏感，為此采用掃描電鏡對不同溫度下復合板連接部位界面形貌的變化進行了分析，如圖2所示。

圖2不同成形溫度下的界面形貌和線掃描圖像:(a) 250 ℃，(b) 300 ℃，(c)350 ℃，(d) 400 ℃。

在疊軋過程中，由于累積應變材料中引入大量位錯，可能導致內應力集中和加工硬化，對材料的強化起到了一定的作用；基面滑移與非基面滑移的開啟程度對復合板的延伸率也有較大影響。不同成形溫度下Mg/Al復合板的工程應力應變曲線，如圖3所示。

圖3力學性能測試:(a)工程應力和工程應變曲線，(b)力學性能抗拉強度和伸長率。

隨著成形溫度的增加，復合板抗拉強度及延伸率均呈現增大趨勢且在350℃達到峰值，由于本實驗采用襯板下累積疊軋成形Mg/Al復合板，Mg層均發生了不同程度的再結晶。250℃的成形溫度使Mg層發生了部分再結晶，此時復合板抗拉強度、延伸率僅為212.1Mpa、9.93%，成型質量較差。300℃時復合板抗拉強度為222.7Mpa，延伸率為12.4%，雖然再結晶并未完全，但是位錯大量消失，位錯密度降低的同時累積變形產生的儲存能得到釋放，內應力降低，因此塑性有所提升，強度也未下降。繼續提高溫度，此時Mg合金再結晶完全，晶粒大小最為均勻，大角度晶粒湮滅大量位錯，可動位錯的位錯源減少，此時位錯源的湮滅達到峰值，位錯密度較低，非基面滑移的開啟有利于協調各個方向的應力，因而強度和塑性都得到提升。400℃時Mg層晶粒已經開始長大，出現應力集中情況，且金屬間化合物層厚增加導致塑性較差，值得注意的是強度并未降低。

不及同成形溫度下金屬材料晶粒尺寸會明顯改變，晶粒取向也會發生變化，晶粒取向變化會引起力學性能的變化。圖4給出了不同條件下的取向差角以LAGBs、MAGBs、HAGBs的比例，綠色線條為低角度晶界，紅色線條為中角度晶界，黑色線條代表高角度晶界。

圖4晶界角度:(a)-(d)表示不同溫度下鎂基體的晶界特征，(e)-(h)是取向差角度分布圖。

異質復合板大塑性變形過程中，晶體滑移系的開啟至關重要，非基面滑移系的開啟可提升Mg合金塑性變形能力，圖5為不同成形溫度下襯板疊軋Mg/Al復合板Mg基體的施密特因子，在直方圖中展示了基面滑移與非基面滑移的SF值。

圖5施密特因子:(a)-(d)不同成型溫度下的施密特因子分布比較，(e)-(h)各種滑移系的SF值。

主要研究成果如下：

（1）研究結果表明，Mg/Al復合板無氣孔、裂紋及分層等缺陷產生，界面結合質量較好，僅在溫度較低時出現局部頸縮，350℃時復合板性能最佳，抗拉強度可達243MPa，延伸率為14.7%，斷口表面分布大量撕裂棱及韌窩，Mg、Al層單獨斷裂被抑制，仍然保持緊密結合狀態；

（2）溫度對襯板疊軋成形Mg/Al復合板基體組織及力學性能的影響較為重要，350℃時Mg板組織具有較高的基面滑移Schmid因子，且柱面、錐面滑移被開啟，小角度晶界通過捕獲位錯增大取向差，演變成大角度晶界，位錯密度降低，動態再結晶基本完成，晶粒尺寸較為均勻；

（3）不同條件下界面處均發生一定程度的擴散，擴散層厚度隨溫度上升逐漸增加，金屬間化合物的生長速率對溫度十分敏感，隨著溫度升高，軋前預熱所激活的Mg和Al原子在層間轉移速率加快，過渡層由Mg/Al固溶體轉為金屬間化合物。