镁合金新发现！动态再结晶中微观组织演变

镁及其合金具有低密度、高比强度和高比刚度等特性。然而，镁合金，尤其是稀土镁合金，具有的主要缺点是较差的低温塑性。其具有的唯一无热且易激活的基底滑移不符合5个独立滑动系统标准。另外，拉伸孪晶在低温下具有低临界分解剪切应力，只能积累到<10%的有限应变。

■ 除了滑移和孪晶，动态再结晶(DRX)在镁合金热变形过程中对细化粗大晶粒和避免微裂纹的形成有重要作用。已有研究多集中于低堆垛层错能镁合金(SFE)中DDRX的常规机制上，该机制分为晶粒成核和生长两个独立的阶段。然而，由于不同的成核时间和早期成核的DRX晶粒的部分动态晶粒生长，均匀微结构的DRX晶粒尺寸分布并不容易实现。高应变率下，CDRX也能在低SFE镁合金观察到，且出现一种使DRX晶粒的取向几乎与CDRX镁合金的母晶粒的取向相当的织构。与纯镁相比，其基础织构较弱。因此，具有小晶粒尺寸和弱织构的均匀DRX晶粒微结构是可行的，并且需要使用热变形进行进一步研究。

■ 采用热间接挤压、等通道转角挤压和多向锻造等剧烈塑性变形方法来获得超细晶粒组织。热间接挤压形成了均匀的流动模式，因为没有摩擦诱发的热量产生，合金可以通过DRX [21，22，23]经济地生产成细晶粒微观结构。然而，这一过程中的DRX机制还有待系统研究。

■ 常用的镁合金，如镁铝系列合金，高温力学性能较差，严重限制了其应用。稀土元素是目前提高镁合金高温力学性能最有效的合金元素，可以细化微观结构，形成高熔点相，并与镁合金形成固溶体，从而改善这些合金的高温力学性能。Sm是镁基体中Ce基团固溶度最高的元素，接近镁的原子尺寸，可与镁形成多达五种二元化合物。Sm在镁中的固溶度也随着温度的降低而降低，因此在镁合金中具有良好的强化效果。然而，对含Sm和高Gd稀土镁合金热变形行为的系统研究很少。

■ 基于此背景，日本东北大学联合国内河南科技大学的团队选择Mg–9.80 GD–3.78y-1.12 Sm–0.48 Zr合金，利用电子背散射衍射(EBSD)系统地研究了热反挤压过程中各种应变对合金晶粒细化的影响，并讨论了热反挤压过程中的DRX机制。相关成果以题为“Grain refinement and weak-textured structures based on the dynamic recrystallization of Mg–9.80Gd–3.78Y–1.12Sm–0.48Zr alloy”发表于镁合金期刊《Journal of Magnesium and Alloys》。

■ 在瞬时热反挤压过程中，合金的粗晶组织明显细化，获得了具有弱织构的均匀微结构。

■ DRX的范围随着应变的增加而增加，并在最高应变处达到最大值。由EBSD数据获得的KAM和GAM图被用于区分DRX和SRX颗粒与变形颗粒。在第Ⅵ阶段观察到典型的不含SRX粒子的DRX。

■ 镁合金中的两种主要孪晶类型在初始变形阶段被激活，即86°{ 10–12 }拉伸孪晶和56°{10–11}压缩孪晶。两种晶界为DDRX晶粒原子核提供了更多的位点。除此之外，随着晶粒中LAGBs逐渐转化为HAGBs，CDRX过程中还涉及亚边界取向差的循序渐进。通过结合DDRX和CDRX工艺，获得了弱织构的细晶粒微结构。

■ 综上，文中揭示了新型Mg–9.80Gd–3.78Y–1.12Sm–0.48Zr合金的晶粒细化是通过瞬时热反挤压实现的。讨论了活化孪晶的影响和热变形后细化DRX微结构的判据，同时阐述了热反挤压过程中晶粒DRX过程的机理。