基于孪晶和动态再结晶揭示AZ31镁合金挤压成形过程中基面织构机理

织构是影响镁合金成形性能的关键因素之一，AZ31等传统镁合金在热挤压成形时易形成基面织构，导致室温塑性和成形能力差。研究表明调控织构是改善镁合金塑性成形性能的有效手段，织构类型与塑性变形和动态再结晶行为密切相关，但目前关于基面织构的形成机制以及不同基面织构类型间的内在联系尚不清楚。因此，阐明挤压过程的晶粒取向演变规律，揭示基面织构的形成机理，对于调控镁合金织构改善成形能力具有指导意义。

近日，中科院金属研究所的闫宏副研究员和陈荣石研究员在Acta Materialia发表最新研究成果“Unveiling the formation of basal texture variations based on twinning and dynamic recrystallization in AZ31 magnesium alloy during extrusion”。在该文中，研究人员利用EBSD技术研究了AZ31镁合金反挤压过程中孪生和动态再结晶行为，指出拉伸孪生和动态再结晶机制对于织构形成产生重要的影响，阐明了塑性变形机制和再结晶过程的晶粒微观取向演变规律，揭示了传统镁合金挤压基面织构的形成机理。

图1 反挤压和显微组织观察位置示意图

（a）反挤压过程示意图

（b）显微组织观察位置示意图

图2 挤压成形金属的显微组织和织构

（a）IPF图

（b）（0001）极图

（c）反极图

图3 挤压中断样品挤压模出口下方不同区域的金相显微组织

（a）挤压模出口附近的低倍显微组织

（b）不同位置高倍显微组织

图4 挤压过程中织构变化

（a，c，e，g，i，k）（0001）极图

（b，d，f，h，j，l）反极图

图5 挤压中断样品在挤压模出口下方15mm处的EBSD分析结果

（a）IPF图

（b）对应的界面取向差图

（c）取向差分布图

（d）沿图（a）中黑色箭头AB的取向差分布

（e）（0001）极图

（f）反极图

图6 典型晶粒中{10-12}拉伸孪晶对晶体取向变化的影响

（a，e，i）IPF图

（b，g，j）（0001）极图

（c，g，k）反极图

（d，h，l）{10-12}拉伸孪晶变体和母晶粒之间的取向关系

图7 挤压中断样品挤压模出口下方10mm处的EBSD分析结果

（a）IPF图

（b）对应的界面取向差图

（c）（0001）极图

（d）反极图

图8 未再结晶晶粒G1的动态再结晶行为

（a）IPF图

（b）沿（a）中黑色箭头AB的取向差分布

（c）（0001）极图

（d）反极图

图9 未再结晶晶粒G2和G3的动态再结晶行为

（a，e）IPF图

（b，f）沿（a）和（e）中箭头AB的取向差分布

（c，g）（0001）极图

（d，h）反极图

图10 挤压中断样品挤压模出口下方7.5mm处的EBSD分析结果

（a）IPF图

（b）未动态再结晶区域的IPF图

（c）再结晶区域的IPF图

（d）（0001）极图

（e）反极图

图11 未再结晶区域R1中连续动态再结晶机制和其对晶粒取向形核的影响

（a）IPF图

（b）沿（a）中箭头AB和CD的取向差分布

（c）（0001）极图

（d）反极图

图12 再结晶区域R1和R2中不连续动态再结晶机制和其对晶粒取向形核的影响

（a，d）IPF图

（b，e）（0001）极图

（c，f）反极图

图13 挤压中断样品挤压模出口下方0mm和5mm处的IPF图

（a）5mm处的IPF图

（b）图（a）黑圈内的放大图

（c）0mm处的IPF图

（d）图（c）黑圈内的放大图

图14 反挤压过程中挤压坯料受力与变形状态分析示意图

图15 {10-12}拉伸孪晶系的SF分析结果

（a）倾角θ和旋转角α的定义

（b）最有利于发生拉伸孪晶变体的母晶粒取向（θ=0o）

（c）θ从0°增加到90°时母晶粒和孪晶晶粒的取向关系

（d）平均SF值随θ的变化分布图

（e）平均SF值大于0.3的母晶粒与其孪生变体的取向关系

图16 典型晶粒中{10-12}拉伸孪晶对晶体取向变化的影响

（a，d）IPF图

（b，e）（0001）极图

（c，f）反极轴

图17 图8（a）中未再结晶晶粒G1内不同滑移系SF分布图

图18 图11（a）中未再结晶区域R1的EBSD分析结果

（a）KAM图

（b）IPF图

图19 图7（a）中原始晶粒晶界处形核的再结晶晶粒及取向分析

（a）IPF图

（b）（0001）极图

（c）（0001）反极图

图20 挤压中断样品挤压模出口不同位置处再结晶晶粒尺寸分布图

【小结】

本文主要结论如下：

挤压变形初期，{10-12}拉伸和{10-11}压缩孪晶是主要的变形机制。{10-12}拉伸孪晶及其变体对{10-10}纤维织构的形成起中重要作用，而{10-11}压缩孪晶激发孪晶诱导再结晶机制，但由于其数量有限，对整体取向变化作用并不十分显著。孪晶过后，再结晶机制起主导作用，形成典型的双模组织，有粗大未再结晶晶粒和细小再结晶晶粒组成。在未再结晶区域发生未再结晶机制，择优形成以30o[0001]为晶界的再结晶晶粒，导致[2-1-10]织构组分逐渐增强，形成[10-10]-[2-1-10]双纤维织构。在再结晶区域发生不连续再结晶机制，在锯齿状晶界和三角晶界处形核，取向偏离母晶粒，随机化[10-10]-[2-1-10]双纤维织构，形成非纤维基面织构。此外，再结晶初期原始晶界是再结晶择优形核位置，但并不足以改变整体织构变化，而并没有观察到剪切带和第二相形核机制的发生。在晶粒长大过程中，再结晶晶粒保持其形核取向，并未发生取向择优选择。

文献链接：Unveiling the formation of basal texture variations based on twinning and dynamic recrystallization in AZ31 magnesium alloy during extrusion(Acta Materialia, 2018, doi.org/10.1016/j.actamat.2018.07.014)。

本文由材料人编辑部金属组杨树供稿，材料牛编辑整理。

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