镁科研：高速冲击Mg-1(wt.%)Zn合金的孪晶再结晶机制研究

论文概述

镁合金作为最轻的金属结构材料，在电子、汽车和航空航天产业应用潜力巨大，近年来吸引了众多研究者。孪晶不仅是镁合金中一种重要的协调变形机制，还能够通过孪晶再结晶来实现镁合金组织的细化。镁合金中常见的孪晶模式有{10-12}拉伸孪晶,{10-11}压缩孪晶和{10-11}-{10-12}压拉双孪晶。据文献报导，后两种孪晶在再结晶过程中可作为优先形核的位置，然而对于不同模式和不同形貌的孪晶在同一体系同一条件下的再结晶优先级，目前仍然缺乏深入的研究。

最近，上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心刘宇轩硕士（第一作者）、李扬欣助理研究员（通讯作者）和曾小勤教授（通讯作者）等人通过对Mg-1(wt.%)Zn合金进行高速冲击引入了大量不同模式和不同形貌的孪晶，并对变形后具有多孪晶组织的Mg-1Zn合金进行退火再结晶处理。通过分析不同退火时间下合金组织的演化规律，系统地比较了不同模式和形貌孪晶再结晶的优先级，丰富了镁合金孪晶再结晶理论，为镁合金的组织调控提供参考。

如图1所示，在高速变形的条件下，除了常见的拉伸孪晶（86°）、压缩孪晶（56°）和压拉双孪晶（30°或38°）之外，还出现了一种新型的、具有53°/<10-10>边界的结构，即{10-12}-{10-12}拉拉双孪晶，高速变形剪切作用使得其边界取向差偏离理论值7°左右。另外，部分拉伸孪晶界也由于剪切作用而偏离86°，形成了与基体之间具有75°取向差的边界。

图1 高速冲击Mg-1Zn合金微观组织：(a, b)和(c, d)分别为变形样品横截面与加载面的EBSD图，(a, c)展示晶粒取向，黑色边界是大角晶界，白色边界是小角晶界，(b, d)展示不同孪晶的分布

通过比较200℃下退火不同时间的样品组织，可以得到不同模式和不同形貌的孪晶的演化顺序。从图2可知，退火1min时主要为压缩孪晶和压拉双孪晶先发生再结晶，部分粗片状孪晶相连的晶界和其内部的孪晶也发生了再结晶。退火30 min时，大部分晶界开始再结晶形核，但是长透镜状的拉伸孪晶仍然保留。继续退火至4h，再结晶晶粒已经开始长大，此时基体中仅剩下短透镜状的孪晶存在。图3总结了高速冲击Mg-1Zn合金再结晶的优先级，即压缩孪晶与压拉双孪晶最先发生再结晶，粗片状的拉伸孪晶和拉拉双孪晶也是再结晶优先形核的位置，而透镜状的拉伸孪晶则不发生再结晶。

图2 变形样品退火后的组织演化：(a, d, e)分别为退火1 min、30 min和4 h，(b, c)是(a)中矩形框区域局部放大图

图3 高速冲击Mg-1Zn合金再结晶过程示意图