利用孿晶界面強(qiáng)韌化鎂合金

鄭曉劍，余輝輝，信運(yùn)昌

(重慶大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶400030)

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特約專欄

利用孿晶界面強(qiáng)韌化鎂合金

鄭曉劍，余輝輝，信運(yùn)昌

(重慶大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶400030)

輕質(zhì)鎂合金在航空航天、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域的輕量化方面具有廣闊的應(yīng)用前景。孿生變形是六方結(jié)構(gòu)鎂合金室溫下重要的變形機(jī)制，最近大量研究報(bào)道了利用預(yù)變形孿晶界面調(diào)控鎂合金組織、織構(gòu)和力學(xué)性能。系統(tǒng)綜述了利用拉伸孿晶組織強(qiáng)化鎂合金的研究進(jìn)展。首先介紹了鎂合金的主要變形機(jī)制及拉伸孿生的特點(diǎn)，然后系統(tǒng)總結(jié)了利用拉伸孿晶強(qiáng)化鎂合金的研究進(jìn)展，重點(diǎn)闡述了孿晶強(qiáng)化特點(diǎn)及主要準(zhǔn)則，包括利用單一孿晶結(jié)構(gòu)強(qiáng)化鎂合金的特點(diǎn)及不足、利用復(fù)合孿晶結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)三維強(qiáng)化的思路、復(fù)合孿晶實(shí)現(xiàn)三維強(qiáng)化的機(jī)制及復(fù)合孿晶結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。最后展望了利用孿晶組織強(qiáng)化鎂合金的發(fā)展方向。

鎂合金；孿晶；強(qiáng)化；各向異性；織構(gòu)

1 前 言

鎂及其合金是目前已經(jīng)應(yīng)用的最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，純鎂密度為1.74 g/cm3，比鋁輕35%，不到鋼鐵的1/4；此外，鎂合金的比強(qiáng)度較高，壓鑄和切削性能優(yōu)良，電磁屏蔽性能，阻尼性能好，熱導(dǎo)率高，易于再生循環(huán)，因而被譽(yù)為“21世紀(jì)綠色工程材料”[1]。鎂合金在汽車工業(yè)，航空航天領(lǐng)域以及3C產(chǎn)品上得到了越來越廣泛的重視和應(yīng)用。例如，從汽車工業(yè)來看，用鎂合金材料取代傳統(tǒng)的鑄鐵和鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體，傳動(dòng)齒輪箱，離合器箱，輪轂等分別可減輕汽車重量約48.5 kg和19.5 kg[2]。

鎂合金具有密排六方結(jié)構(gòu)，在室溫下位錯(cuò)滑移和孿生成為其主要變形機(jī)制。對于位錯(cuò)滑移，按照滑移方向的不同，可以將鎂合金的滑移系分為滑移和滑移；根據(jù)滑移面的不同，還可將鎂合金中的滑移分為基面滑移(如{0001}<11-20>)和非基面滑移，其中非基面滑移又包括柱面滑移({10-10}<11-20>和{11-20}<11-20>)和錐面滑移({10-11}<11-23>、 {11-21}<11-23>和{11-22}<11-23>等)。對于孿生，鎂中的孿生方式主要包括拉伸孿生({10-12})和壓縮孿生(如{10-11} 和{10-13})兩種。在一定條件下，鎂合金在一次孿晶內(nèi)還會(huì)再次發(fā)生孿生[3,4]，形成二次孿晶組織(如{10-11}-{10-12} 和{10-13}-{10-12})。孿生作為鎂合金主要的塑性變形方式之一，其對塑性變形的主要作用包括以下3個(gè)方面：①孿生改變晶體取向，從而影響位錯(cuò)滑移行為；②孿晶界可阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，提高應(yīng)變硬化行為；③孿晶片層可以分割晶粒，細(xì)化晶粒組織。鎂合金中非基面滑移在室溫下啟動(dòng)應(yīng)力比基面滑移高一個(gè)數(shù)量級以上，因此，在493 K以下，鎂合金的非基面滑移難以大量啟動(dòng)，變形機(jī)制主要為基面滑移和拉伸孿生[5,6]。其中(0001)基面上包含了[11-20]、[1-210]和[-2110]3個(gè)滑移方向，但根據(jù)矢量合成原理，基面滑移只有兩個(gè)獨(dú)立的滑移系，無法滿足Von-Mises準(zhǔn)則：多晶均勻變形需要5個(gè)獨(dú)立的滑移系。除了滑移外，所有的滑移均無法產(chǎn)生沿晶粒c軸方向的應(yīng)變，但壓縮孿生和拉伸孿生可以協(xié)調(diào)沿著c軸方向的應(yīng)變。雖然鎂合金中孿生可以提供額外的塑性應(yīng)變，但其可協(xié)調(diào)應(yīng)變總量較小。例如，如果一個(gè)晶粒完全發(fā)生拉伸孿生，其產(chǎn)生的沿c軸方向的總應(yīng)變僅為6.5%。由于鎂合金在室溫下變形機(jī)制較少，所以室溫變形能力差。另外，鎂合金在塑性加工中易形成強(qiáng)的織構(gòu)。如圖1所示，鎂合金在軋制過程中容易形成強(qiáng)烈的基面織構(gòu)，(基面平行于軋制面)，而擠壓棒材則容易形成典型的擠壓織構(gòu)(晶粒c軸與擠壓方向垂直)，導(dǎo)致強(qiáng)烈的各向異性，嚴(yán)重影響后續(xù)塑性加工和使用[7]。

圖1 鎂合金中熱軋板材和擠壓棒材中典型織構(gòu)特征的示意圖。RD、TD和ND指的是板材的軋向、橫向和法向。ED為棒材的擠壓方向[7]Fig.1 Schematic diagrams showing the typical textures in hot rolled plates and extruded rods of Mg alloys.RD,TD and ND are the rolling direction,transverse direction and normal direction of plate，respectively.ED refers to the extrusion direction of a rod[7]

鎂合金的屈服強(qiáng)度不高，需要進(jìn)行有效的強(qiáng)韌化設(shè)計(jì)。最近，有大量研究報(bào)道了利用預(yù)變形孿晶組織調(diào)控鎂合金材料的組織、織構(gòu)和力學(xué)性能。本文系統(tǒng)總結(jié)了目前利用預(yù)變形產(chǎn)生拉伸孿晶組織強(qiáng)韌化鎂合金的特點(diǎn)及孿晶結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，并對未來研究趨勢做了展望。

2 拉伸孿晶強(qiáng)韌化鎂合金

晶粒細(xì)化是強(qiáng)化金屬材料的有效方法，可在大幅提高強(qiáng)度的同時(shí)，保持較好的塑性。晶粒細(xì)化對強(qiáng)度的貢獻(xiàn)可用經(jīng)典的Hall-Petch關(guān)系描述[8,9]。在鎂合金中，細(xì)化晶粒可同時(shí)提高位錯(cuò)滑移和孿生的啟動(dòng)應(yīng)力[8]，從而實(shí)現(xiàn)材料強(qiáng)度大幅提升。細(xì)化晶?？梢岳脙深惤缑妫壕Ы绾蛯\晶界[10]。與高角晶界相比，共格孿晶界面具有更高的熱穩(wěn)定性，可以提高細(xì)晶組織的熱穩(wěn)定性[10]。利用孿晶界面細(xì)化晶粒來提高強(qiáng)度的典型實(shí)例包括納米孿晶銅和孿晶鋼等。盧磊等的研究發(fā)現(xiàn)在微米級晶粒內(nèi)引入15 nm的孿晶片層，可使純銅屈服強(qiáng)度從80 MPa提高到900 MPa[11]。

鎂合金中的{10-12}拉伸孿生具有較低啟動(dòng)應(yīng)力，在受到沿晶粒c軸方向拉應(yīng)力或垂直于c軸方向的壓應(yīng)力時(shí)啟動(dòng)。因此，在具有強(qiáng)織構(gòu)的鎂合金中，沿特定方向加載時(shí)，{10-12}拉伸孿生是初期變形的主要機(jī)制[12]。如圖2所示，沿?zé)彳埌宀牡腡D或RD壓縮、沿板材ND拉伸均是拉伸孿生主導(dǎo)的變形過程[12]。沿棒材的ED壓縮也是一個(gè)拉伸孿生主導(dǎo)的變形過程[12]。以拉伸孿生為主要機(jī)制的變形過程中，應(yīng)力-應(yīng)變曲線通常具有典型的S型，如圖2所示。因此，在室溫下利用預(yù)變形可以方便的制備拉伸孿晶組織，進(jìn)而改善鎂合金的性能。值得指出的是，這些拉伸孿晶的尺寸均是微米級和亞微米級。由于拉伸孿生的啟動(dòng)應(yīng)力較低，且拉伸孿晶的取向?yàn)橛踩∠颍虼?，在?yīng)力作用下拉伸孿晶界面具有較高遷移能力。這一特征使拉伸孿晶界面不易產(chǎn)生應(yīng)力集中，孿晶內(nèi)部儲(chǔ)存能低，因此拉伸孿晶具有較好的熱穩(wěn)定性。我們近期研究表明在523 K以下，AZ31合金中的拉伸孿晶均可以穩(wěn)定存在[13]。

圖2 沿AZ31熱軋板TD或擠壓棒材ED壓縮時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線[12]Fig.2 Stress-strain curves under compression along the TD of a AZ31 plate or ED of an extruded rod[12]

Xin等對具有強(qiáng)基面織構(gòu)AZ31鎂合金厚板沿RD預(yù)壓縮不同變形量，制備了含有拉伸孿晶組織的材料，力學(xué)性能測試表明，預(yù)變形孿晶界面顯著提高了沿TD的壓縮屈服強(qiáng)度[3]。 如圖3所示，沿RD壓縮2.5%產(chǎn)生預(yù)變形孿晶結(jié)構(gòu)后，沿TD壓縮的屈服強(qiáng)度由74 MPa提高到了138 MPa。Song等的研究也表明，沿TD預(yù)軋制制備拉伸孿晶組織可以顯著提高沿RD的拉伸和壓縮的屈服強(qiáng)度[14]。研究結(jié)果還表明，預(yù)變形孿晶組織顯著提高了材料的強(qiáng)度，但塑性并沒有降低。預(yù)變形的應(yīng)變量可以改變孿晶片層密度和體積分?jǐn)?shù)。研究表明，預(yù)變形達(dá)到8%時(shí)，拉伸孿晶體積分?jǐn)?shù)可達(dá)80%以上[12]。我們研究表明，對于強(qiáng)度的提升，孿晶體積分?jǐn)?shù)不是重要參量，孿晶片層的數(shù)密度更為重要[3]。雖然預(yù)變形過程中以拉伸孿生變形為主，但同時(shí)也存在一定量的位錯(cuò)滑移變形，這也會(huì)使再次加載的屈服強(qiáng)度提高[3]。除了AZ31這類不含有沉淀相的合金外，對于含有第二相的合金，孿晶+沉淀相的復(fù)合結(jié)構(gòu)也可以產(chǎn)生非常好的強(qiáng)化效果。這種孿晶+沉淀相結(jié)構(gòu)的制備，通常在固溶處理后再進(jìn)行預(yù)變形制備孿晶組織，然后再進(jìn)行時(shí)效處理。

圖3 沿AZ31厚板RD壓縮2.5%后沿TD方向壓斷的應(yīng)力應(yīng)變曲線(RD 2.5% sample)[3]Fig.3 Stress-strain curve under compression along the TD of AZ31 plate with a 2.5% pre-compression along the RD (RD 2.5% sample)[3]

在鎂合金中，細(xì)化晶粒不僅可以提高強(qiáng)度還可以改善拉壓屈服不對稱。具有強(qiáng)織構(gòu)的鎂合金通常存在顯著的各向異性。各向異性表現(xiàn)之一就是拉壓屈服不對稱，即沿某一方向拉伸和壓縮的屈服強(qiáng)度通常會(huì)存在較大的差異。對于具有基面織構(gòu)的厚板，沿板材的RD、TD和ND均表現(xiàn)出顯著的拉壓屈服不對稱。對于擠壓棒材沿棒材的ED拉伸和壓縮也表現(xiàn)出明顯的屈服強(qiáng)度不一致。如圖4所示，在AZ31擠壓棒材中，沿ED的壓縮屈服強(qiáng)度比拉伸屈服強(qiáng)度低一倍以上。產(chǎn)生拉伸-壓縮屈服不對稱的主要原因在于：沿同一方向拉伸和壓縮的屈服由不同的變形機(jī)制所主導(dǎo)(滑移或者拉伸孿生)。如果拉伸時(shí)時(shí)位錯(cuò)滑移主導(dǎo)的變形，那么壓縮通常是拉升孿生主導(dǎo)的變形，由于拉伸孿生的啟動(dòng)應(yīng)力顯著低于位錯(cuò)滑移，使拉伸和壓縮屈服強(qiáng)度顯著不同[15]。研究結(jié)果表明，細(xì)化晶?？墒估旌蛪嚎s的屈服強(qiáng)度比值從粗晶試樣的0.4～0.5降低到細(xì)晶樣品的0.8～0.9[16]。一般認(rèn)為，與位錯(cuò)滑移相比，細(xì)化晶粒可更有效的強(qiáng)化孿生，從而減小滑移和孿生啟動(dòng)應(yīng)力上的差異[8]。拉伸孿晶也可以細(xì)化晶粒，且在壓縮應(yīng)力下，拉伸孿生使晶粒的c軸朝向壓縮軸傾轉(zhuǎn)約86°[8]。因此，在含有拉伸孿晶的鎂合金中，晶粒細(xì)化和晶體學(xué)取向的再分布均可能改善拉壓屈服不對稱。

圖4 沿AZ31棒材ED拉伸和壓縮時(shí)壓縮屈服強(qiáng)度顯著低于拉伸屈服強(qiáng)度[15]Fig.4 The quite low yield strength under compression along the ED from that under tension along the ED of an AZ31 extruded rod[15]

3 孿晶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

早期關(guān)于孿晶強(qiáng)化鎂合金的研究主要集中在利用一次預(yù)變形產(chǎn)生單一拉伸孿晶結(jié)構(gòu)。利用單次預(yù)變形產(chǎn)生的拉伸孿晶，其基面極軸接近壓縮方向。這種拉伸孿晶結(jié)構(gòu)，沿特定方向加載時(shí)，會(huì)發(fā)生以退孿生為主的變形過程。例如沿TD壓縮產(chǎn)生的孿晶組織，沿TD反向拉伸或沿ND再次壓縮均是以退孿生為主要機(jī)制的變形過程。由于退孿生是一個(gè)孿晶界面遷移過程，不需要形核，其啟動(dòng)應(yīng)力較低。有研究認(rèn)為退孿生啟動(dòng)應(yīng)力大約是孿生形核的一半左右[17]。因此，以退孿生為主要機(jī)制的變形過程，其屈服應(yīng)力均非常低。此外，孿晶界面遷移所需的應(yīng)力對晶粒尺寸不敏感，晶粒細(xì)化難以提高其響度。由于上述原因，單一孿晶結(jié)構(gòu)只能強(qiáng)化部分方向，同時(shí)造成其他方向顯著弱化(發(fā)生以退孿生為主要機(jī)制的加載方向)。

為了實(shí)現(xiàn)在三維方向的強(qiáng)韌化，需要設(shè)計(jì)特殊的孿晶結(jié)構(gòu)。我們最近提出了一種復(fù)合孿晶結(jié)構(gòu)：一次拉伸孿晶和二次拉伸孿晶的混合組織，其主要通過兩次預(yù)變形來實(shí)現(xiàn)[18,19]。例如，對AZ31厚板沿TD和RD交叉壓縮就可以制備這種孿晶結(jié)構(gòu)，如圖5所示。沿TD壓縮產(chǎn)生一次孿晶組織(PT1)后，沿RD再次壓縮后，在初次變形中的形成的一次孿晶內(nèi)部會(huì)形成二次拉伸孿晶(ST)。當(dāng)然，在第二次壓縮過程中，殘余基體中也會(huì)再次發(fā)生拉伸孿生變形，形成新的一次拉伸孿晶(PT2)。這種復(fù)合孿晶結(jié)構(gòu)中一次孿晶和二次孿晶的在晶體學(xué)取向上不同(取向差為<10-10>86 °)，且二次孿晶(ST)和一次孿晶(PT1)存在母子關(guān)系。因此，沿各個(gè)方向加載時(shí)，當(dāng)一次孿晶發(fā)生退孿生時(shí)，二次拉伸孿晶不會(huì)發(fā)生退孿生。反之當(dāng)二次孿生發(fā)生退孿生時(shí)，一次孿生也不會(huì)發(fā)生退孿生。如果把發(fā)生退孿生的組織定義為軟取向組織，其他組織定義為硬取向組織，在復(fù)合孿晶中同時(shí)存在軟取向和硬取向組織，這樣就不會(huì)發(fā)生完全以退孿生為主要機(jī)制的變形過程。通過調(diào)控兩類組織的體積分?jǐn)?shù)，就可以實(shí)現(xiàn)三個(gè)方向同時(shí)強(qiáng)化。Xin等利用上述方法制備的復(fù)合孿晶結(jié)構(gòu)使AZ31厚板3個(gè)方向的強(qiáng)度同時(shí)提升，且塑性并沒有顯著降低[19]。因此復(fù)合孿晶是實(shí)現(xiàn)三維強(qiáng)化的有效方案。

圖5 沿AZ31厚板RD和TD交叉壓縮制備含有一次拉伸孿晶(PT1或PT2)和二次拉伸孿晶(ST)的復(fù)合孿晶結(jié)構(gòu)[19]Fig.5 Preparation of a composite twin structure containing primary extension twin (PT1 or PT2)and secondary extension twin (ST)in a thick AZ31 plate by cross compression along the RD and TD[19]

復(fù)合孿晶結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)三維強(qiáng)化的機(jī)制在于復(fù)合孿晶結(jié)構(gòu)可以降低退孿生的活性，提供硬取向組織。優(yōu)化復(fù)合孿晶結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步改善三個(gè)方向的性能。那么，這種復(fù)合孿晶結(jié)構(gòu)優(yōu)化的準(zhǔn)則是什么呢？我們最近研究表明，由于復(fù)合孿晶通過交叉壓縮制備，當(dāng)?shù)诙螇嚎s應(yīng)變量較小時(shí)，一次孿晶和殘余基體均部分孿生，形成如圖6a所示的復(fù)合孿晶結(jié)構(gòu)，此時(shí)，晶粒內(nèi)部含有一次拉伸孿晶、殘余基體和二次拉伸孿晶；當(dāng)?shù)诙螇嚎s時(shí)應(yīng)變量足夠大時(shí)，基體可以完全轉(zhuǎn)變?yōu)橐淮卫鞂\晶，第一次壓縮產(chǎn)生的一次拉伸孿晶完全轉(zhuǎn)變成二次拉伸孿晶，如圖6b所示的復(fù)合孿晶組織[19]。在這種晶粒中，一次孿晶的母體全部消失，而二次孿晶母體(第一次壓縮中形成的初次孿晶)也不存在。對于圖6b中結(jié)構(gòu)，由于一次孿晶母體和二次孿晶的母體均不存在，無論從哪個(gè)方向壓縮，一次孿晶和二次孿晶均不再發(fā)生退孿生。這種孿晶結(jié)構(gòu)的變形機(jī)制通過原位EBSD分析獲得證實(shí)。如圖7a所示，當(dāng)RD和TD方向與變形量均較為2.5%時(shí)(TD2.5%-RD2.5%)，殘余基體和二次孿晶母體均存在，此時(shí)沿TD再次壓縮時(shí)，二次孿晶(ST)轉(zhuǎn)變?yōu)橐淮螌\晶(PT2)，顯然二次孿晶發(fā)生退孿生。如果第二次壓縮應(yīng)變量為7.0%時(shí)(TD2.5%-RD7.0%)，如圖7b所示，此時(shí)殘余基體(M，紅色組織)極少，初次壓縮產(chǎn)生孿生也基本轉(zhuǎn)化為二次孿生，如果再沿TD壓縮，二次孿晶內(nèi)部形成新的孿晶片層。這表明在沿同一方向加載時(shí)，如果改變復(fù)合孿晶結(jié)構(gòu)，可以將變形機(jī)制有退孿生轉(zhuǎn)變?yōu)閷\生形核。顯然，圖6b或圖7c中的結(jié)構(gòu)具有更好的強(qiáng)化效果。制備這種孿晶結(jié)構(gòu)，通常可以采用如下的預(yù)變形制度：初次壓縮使用小或者中等應(yīng)變量，再次壓縮使用大應(yīng)變量。

圖6 通過調(diào)控交叉壓縮時(shí)兩個(gè)方向應(yīng)變量調(diào)控復(fù)合孿晶結(jié)構(gòu)：PT為一次孿晶，ST為二次孿晶Fig.6 Tailoring the structure of composite twinning by pre-straining conditions:PT and ST represent primary twin and secondary twin respectively

最近，Nie等的研究表明，含有孿晶組織鎂合金退火后，溶質(zhì)原子會(huì)偏聚到共格孿晶界面處[20]。如圖8所示，在退火后的試樣中，HAADF-STEM測試直接觀測到了Gd或Zn原子在{10-11}、{10-12}和{10-11}孿晶界面處周期性的偏聚。溶質(zhì)原子在晶界偏聚已經(jīng)被大量報(bào)道，由于共格孿晶界面能量低，傳統(tǒng)認(rèn)為孿晶界面難以產(chǎn)生溶質(zhì)偏聚。

圖7 含有復(fù)合孿晶的AZ31試樣沿TD再次壓縮的變形過程的原位EBSD分析：(a)和(b)TD2.5%-RD2.5%;(c)TD2.5%-RD7.0% [19]Fig.7 EBSD analysis about deformation behavior of an AZ31 plate containing a composite twin structure during compression along the TD:(a)and (b)TD2.5%-RD2.5%; (c)TD2.5%-RD7.0% [19]

圖8 退火導(dǎo)致溶質(zhì)原子在鎂合金中孿晶界面偏聚的示意圖和HAADF-STEM分析結(jié)果[20]Fig.8 Schematic diagrams and HAADF-STEM images showing segregation of solute at twin boundaries of Mg alloys[20]

Nie等結(jié)合晶體結(jié)構(gòu)和第一性原理計(jì)算分析的研究結(jié)果表明，孿晶界面也存在缺陷區(qū)域，溶質(zhì)原子在孿晶界面偏聚也是一個(gè)體系能量降低的過程[20]。溶質(zhì)原子在孿晶界面偏聚會(huì)釘扎孿晶界，使孿晶界面遷移所需要的應(yīng)力提高。Xin等研究證實(shí)，Zn和Al在AZ31合金中拉伸孿晶界面偏聚使退孿生變形的屈服應(yīng)力提高2～30 MPa[17]，發(fā)生退火強(qiáng)化效應(yīng)，如圖9所示。因此，對含有拉伸孿晶的鎂合金材料進(jìn)行退火處理，不僅可以部分除去預(yù)變形過程中產(chǎn)生的少量位錯(cuò)，使塑性獲得一定的回復(fù)，還可使溶質(zhì)原子偏聚到孿晶界面，釘軋孿晶界面，提高退孿生的啟動(dòng)應(yīng)力，提高強(qiáng)度。溶質(zhì)原子在孿晶界面偏聚對孿晶界面的釘軋作用還有助于提高孿晶界面的熱穩(wěn)定性。

圖9 含有預(yù)變形拉伸孿晶的AZ31鎂合金退火強(qiáng)化現(xiàn)象(沿ND壓縮啟動(dòng)退孿生變形)[17]Fig.9 Annealing hardening during detwinning deformation of an Mg AZ31 alloy under compression along the ND[17]

總之，雖然鎂合金中拉伸孿晶結(jié)構(gòu)可以很好的強(qiáng)化鎂合金，而不降低塑性，但要實(shí)現(xiàn)三維強(qiáng)化，必須采用復(fù)雜的孿晶結(jié)構(gòu)，通過孿晶結(jié)構(gòu)之間的取向和母子關(guān)系來降低退孿生的活性。

4 結(jié) 語

在含有強(qiáng)織構(gòu)的鎂合金中的拉伸孿晶可以通過預(yù)變形制備，孿晶的結(jié)構(gòu)、體積分?jǐn)?shù)等可以通過變形參數(shù)有效控制，因此拉伸孿晶組織可以被用來強(qiáng)韌化鎂合金。目前的研究結(jié)果表明，其可以有效的強(qiáng)化鎂合金，而不降低其塑性，要實(shí)現(xiàn)三維強(qiáng)化需要復(fù)雜的孿晶結(jié)構(gòu)。綜合目前的研究進(jìn)展，在未來此方向未來的發(fā)展趨勢是：①新型復(fù)合孿晶組織結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化；②建立孿晶組織類型、孿晶分?jǐn)?shù)和強(qiáng)化之間的定量關(guān)系模型； ③在含有沉淀相的鎂合金合金中優(yōu)化孿晶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用孿晶界面和沉淀相的復(fù)合結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化，開展孿晶界面沉淀相析出相關(guān)科學(xué)問題的研究，優(yōu)化結(jié)構(gòu)和建立相應(yīng)的強(qiáng)化模型。

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(編輯 吳 琛)

Hardening and Toughening Mg Alloys Using Twin Boundaries

ZHENG Xiaojian,YU Huihui,XIN Yunchang

(School of Materials Science and Engineering，Chongqing University,Chongqing 400030，China)

Mg alloys with a low density are desirable candidates as structures in aerospace/airspace industry and transportation vehicles.Twinning constitutes one of the main deformation modes of Mg alloys with a hcp structure.Many recent studies reported the application of extension twins to tailor the microstructure,texture and mechanical performance of Mg alloys.In the present paper,the progress on hardening and toughening of Mg alloys by twin boundaries (TBs)were reviewed.First,a short introduction about deformation mechanisms and twinning in Mg alloys was addressed.The character of TB-hardening and the progress were systematically concluded,with a great emphasis on the application of single twin structure and its disadvantage,hardening using a composite twin structure,the mechanism to harden in three dimensions and the principles to design effective composite twin structure.At last,the future trend about the application of TBs to harden Mg alloys was proposed.

Mg alloy; twinning; strengthening; anisotropy; texture

2016-05-19

國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目 (51371203)

鄭曉劍，男，1993年生，碩士研究生

信運(yùn)昌，男，1979年生，博士生導(dǎo)師，Email:ycxin@cqu.edu.cn

10.7502/j.issn.1674-3962.2016.11.02

TG146.22

A

1674-3962(2016)11-0819-06