使用硬板軋制（HPR）工藝實(shí)現(xiàn)鎂合金的高強(qiáng)度和高延展性

鎂合金是廣泛應(yīng)用于輕型結(jié)構(gòu)部件的理想材料。然而，鎂合金塑性差，軋制難度大，軋制過程中產(chǎn)生的強(qiáng)烈織構(gòu)往往導(dǎo)致板料成形能力差，限制了鎂合金的進(jìn)一步工程應(yīng)用。在這里，我們報(bào)告了一種新的硬板軋制（hpr）路線，它在一次軋制過程中實(shí)現(xiàn)了大幅度的減少。hpr加工的mg-9al-1zn（az91）板由30-60μm的粗晶組成，具有典型的基面結(jié)構(gòu)，1-5μm的細(xì)晶和200-500 nm的超細(xì)（亞）晶，后兩種都具有弱化的結(jié)構(gòu)。更重要的是，高性能鋼筋混凝土能夠同時(shí)獲得高強(qiáng)度和均勻延性，即分別為~371 MPa和~23%。其優(yōu)良性能主要?dú)w功于多模晶粒結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用和織構(gòu)的弱化，前者促進(jìn)了強(qiáng)加工硬化，而后者促進(jìn)了基底滑移。HPR方法簡便有效，可以避免常規(guī)軋制過程中容易發(fā)生的板裂。該方法適用于鎂合金等難變形材料，具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。

由于迫切需要節(jié)能的工程系統(tǒng)，鎂合金越來越多地被用于輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。近十年來，隨著等徑角擠壓（ECAP）、差速軋制（DSR）和累積軋制（ARB）等嚴(yán)重塑性變形（SPD）技術(shù)的應(yīng)用，超細(xì)鎂合金的研究越來越受到重視。在鎂合金中確實(shí)會產(chǎn)生很好的強(qiáng)化作用；然而，它們通常會導(dǎo)致過早的斷裂，并導(dǎo)致室溫下的低延展性。例如，經(jīng)ECAP處理的鎂9Al-1Zn合金的極限拉伸強(qiáng)度高達(dá)410 MPa，但其總延伸率僅為8.5%。這種延展性的缺點(diǎn)限制了鎂合金在工程上的廣泛應(yīng)用。

提高鎂合金的室溫塑性是超細(xì)晶鎂合金的重要要求。一種方法是通過減弱紋理來激活基底滑動(dòng)活動(dòng)。然而，由于紋理軟化效應(yīng)，這種方法通常會降低低于起始材料水平的強(qiáng)度。納米顆粒在超細(xì)晶粒內(nèi)部分散是一種同時(shí)提高材料強(qiáng)度和延展性的有效途徑。雖然獲得了明顯的強(qiáng)化，但延長的延伸率仍然不足。造成這種現(xiàn)象的一個(gè)主要原因是細(xì)/超細(xì)和高紋理顆粒內(nèi)部的變形系統(tǒng)有限。Consid_re準(zhǔn)則表明，除非存在具有適當(dāng)尺寸和體積分?jǐn)?shù)的較大顆粒，否則超細(xì)顆粒材料容易發(fā)生塑性失穩(wěn)。事實(shí)上，雙峰晶粒結(jié)構(gòu)在某些超細(xì)晶材料如銅、鎳、鋁和鈦鋁中得到了成功的制備，從而得到了良好的增韌效果。

鎂合金的變形機(jī)理取決于晶粒尺寸和晶體學(xué)取向的結(jié)合。因此，為了提高鎂合金板的延性，不僅需要產(chǎn)生含有大顆粒和細(xì)顆粒混合物的結(jié)構(gòu)，還需要削弱板的紋理。然而，由于鎂合金塑性差，易氧化，傳統(tǒng)的制備方法很難同時(shí)獲得雙峰晶粒結(jié)構(gòu)和弱織構(gòu)。因此，我們迫切需要開發(fā)一種新的鎂合金制備技術(shù)。

傳統(tǒng)的鎂合金軋制技術(shù)通常采用多道次軋制，每道次壓下量相對較小，這有利于實(shí)現(xiàn)均勻的變形、均勻的晶粒結(jié)構(gòu)和強(qiáng)烈的織構(gòu)，但不利于獲得高塑性薄板。相比之下，單道次大壓下軋制會導(dǎo)致不均勻變形，從而有可能實(shí)現(xiàn)雙峰或多模晶粒結(jié)構(gòu)，并削弱織構(gòu)。然而，由于軋制方向的剪切力（Rd）非常大，鎂合金板極易產(chǎn)生裂紋，因此這種軋制技術(shù)很難用于生產(chǎn)。為了減小RD中的剪切力，我們提出了一種硬板軋制（hpr）技術(shù)（見圖1），即將試樣夾在兩塊硬板之間，然后軋制夾層結(jié)構(gòu)，將沿RD的剪切應(yīng)力部分轉(zhuǎn)化為沿法向壓縮應(yīng)力。在（nd）上，熟練解決軋制過程中出現(xiàn)的裂紋問題。