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《Scripta Mater》新型微觀織構(gòu)設(shè)計(jì)，提升鎂合金強(qiáng)度和塑性！

2021-08-31 15:53:34 作者：材料科學(xué)與工程來源：材料科學(xué)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(jié)構(gòu)，在室溫（RT）下的變形模式比較有限。此外，在傳統(tǒng)的軋制或擠壓過程中會形成強(qiáng)烈的基面織構(gòu)，這進(jìn)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(gòu)分布的隨機(jī)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(gòu)弱化可以通過精細(xì)的成分設(shè)計(jì)或采用劇烈塑性變形的方法來實(shí)現(xiàn)，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(gòu)與相關(guān)變形之間的密切關(guān)系至關(guān)重要。

不同取向晶粒之間的應(yīng)變失配會導(dǎo)致相鄰晶粒之間的應(yīng)力/應(yīng)變積累，這需要激發(fā)晶內(nèi)和/或晶間變形模式以實(shí)現(xiàn)局部松弛。由于晶間變形的影響，相鄰晶粒的后續(xù)變形可能不遵循施密德定律。因此，研究取向相關(guān)的晶間位錯(cuò)相互作用及其對力學(xué)性能的影響十分重要。直到現(xiàn)在，關(guān)于微觀織構(gòu)和局部應(yīng)變/應(yīng)力之間是否存在相關(guān)性，仍然存在爭議。

來自吉林大學(xué)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(jī)取向晶粒的合金板，表現(xiàn)為基面隨機(jī)異質(zhì)（BRH）織構(gòu)，最終顯示出優(yōu)異的力學(xué)性能（均勻伸長率19.6%，抗拉強(qiáng)度255MPa）。相關(guān)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(fā)表在Scripta Materialia。

論文鏈接：

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

為了獲得BRH織構(gòu)，對ZTWX1100合金進(jìn)行300℃×10min預(yù)熱，再進(jìn)行單道次70%的軋制，最后進(jìn)行350℃×30min退火；另一個(gè)試樣預(yù)熱400℃×10min，軋制相同，退火250℃×10min，獲得基面織構(gòu)。

研究發(fā)現(xiàn)兩種處理樣品都表現(xiàn)出完全再結(jié)晶的微觀結(jié)構(gòu)，具有相似的晶粒空間分布，且BRH和基面織構(gòu)的平均晶粒尺寸約為5.0和5.1μm。但是兩個(gè)樣品的微觀織構(gòu)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(jī)取向晶粒，它們的c軸偏離ND超過15°，基面取向和隨機(jī)取向晶粒面積比約為7比3。基面織構(gòu)偏離ND不超過15°。

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

圖2 BRH織構(gòu)ZTWX1100試樣沿RD單向拉伸時(shí)的準(zhǔn)原位組織演變及對應(yīng)的（0002）極圖

圖3 不同應(yīng)變下BRH織構(gòu)ZTWX1100合金沿RD單向拉伸時(shí)的準(zhǔn)原位組織演變

圖4 基面織構(gòu)ZTWX1100合金沿RD單向拉伸時(shí)的準(zhǔn)原位組織演變

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

當(dāng)大取向差的GB處的應(yīng)變梯度達(dá)到臨界值時(shí)，將在邊界或相鄰晶粒中出現(xiàn)非基面滑移，因此隨著拉伸應(yīng)變的增加，基面-隨機(jī)GB處的位錯(cuò)相互作用，有利于將局部應(yīng)力的主要載體從原始隨機(jī)取向晶粒轉(zhuǎn)變?yōu)榛嫒∠蚓Я＃龠M(jìn)非基面滑移的激活。BRH織構(gòu)樣品的較高拉伸強(qiáng)度源自較強(qiáng)的加工硬化能力。本文為通過織構(gòu)協(xié)調(diào)變形改善鎂合金的機(jī)械性能提供了新的見解。

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