中等应变速率轧制制备多尺度混晶镁合金工艺及组织性能_刘筱.pdf

第33卷第3期Volume 33 Number 32023 年 3 月March 2023中国有色金属学报The Chinese Journal of Nonferrous Metals中等应变速率轧制制备多尺度混晶镁合金工艺及组织性能刘筱1,2，杨伟成1,2，朱必武1,2，吴远志3，唐昌平1,2，刘文辉1,2，宋宇峰1,2(1.湖南科技大学 高功效轻合金构件成形技术及耐损伤性能评价湖南省工程研究中心，湘潭 411201；2.湖南科技大学 高温耐磨材料及制备技术湖南省国防技术重点实验室，湘潭 411201；3.湖南工学院 汽车零部件技术研究院，衡阳421002)摘 要：为了研究中等应变速率轧制下AZ31镁合金的组织演变过程和力学性能，获得同时提升强度和塑性的优良轧制工艺，对均匀化铸态AZ31镁合金进行平均应变速率分别为1.9 s1、4.8 s1和7.8 s1，变形温度分别为370、410 和460，下压量为75%的中等应变速率轧制，并构建嵌入式混晶结构的增塑模型。结果表明：中等应变速率轧制可制备多尺度混晶镁合金板材，410 时可形成粗晶镶嵌在多层细晶中的嵌入式结构组织，在(410、4.8 s1)时可形成细晶、中等晶粒和粗晶占比均匀并夹极少量超细晶和粗大晶粒的嵌入式结构组织；在410 时轧制板材具有较好的强度和塑性匹配，尤其是在(410、4.8 s1)时的轧制板材强度和塑性最为均衡，抗拉强度达279.4 MPa、伸长率达21.2%；相较于高应变速率轧制的细晶镁合金轧板，中等应变速率轧制的多尺度混晶组织镁合金轧板的强度明显提高，最大提高了19.7%，伸长率亦有提高；在410 时轧制板材以韧性断裂为主，其他以韧脆性断裂为主；微观组织为粗晶镶嵌在多层细晶中的嵌入式结构相比其他混晶结构具有更好的塑性。关键词：AZ31镁合金；中等应变速率轧制；多尺度混晶；嵌入式结构；增强增塑文章编号：1004-0609(2023)-03-0678-11 中图分类号：TG146.2 文献标志码：A引文格式：刘筱,杨伟成,朱必武,等.中等应变速率轧制制备多尺度混晶镁合金工艺及组织性能J.中国有色金属学报,2023,33(3):678688.DOI:10.11817/j.ysxb.1004.0609.2022-43074LIU Xiao,YANG Wei-cheng,ZHU Bi-wu,et al.Medium-strain rate rolling process for multi-scale mixed-crystal magnesium alloy and its microstructure and mechanical propertyJ.The Chinese Journal of Nonferrous Metals,2023,33(3):678688.DOI:10.11817/j.ysxb.1004.0609.2022-43074 镁合金因密度低、比强度高、储量高等优点，在航空航天、交通运输和电子等领域有广泛的应用前景13。然而镁合金成形困难，在室温下延展性较差、抗拉强度较低等因素限制了其在实际工程中的应用46。近年来，卢柯院士78总结并提出材料“素化”概念，调控材料不同尺度的缺陷，通过构筑多尺度混晶组织来提高材料的综合力学性能，解决延展性差、强度低的问题。WANG等9通过对AZ91镁合金进行衬板轧制，得到了具有多尺度混晶组织的AZ91镁合金板，使其同时具备高强度和高塑性，抗拉强度达到了371 MPa，伸长率达到了26.4%。DOI:10.11817/j.ysxb.1004.0609.2022-43074基金项目：国家自然科学基金资助项目(52071139，51905166)；湖南省教育厅优秀青年资助项目(21B0471)；湖南省教育厅一般资助项目(20C0767)收稿日期：2022-03-30；修订日期：2022-05-05通信作者：朱必武，博士，副教授；电话：[phone]；E-mail：WEI等10通过对Mg-8Gd-3Y-0.5Zr镁合金进行不同应变量预变形和时效处理再挤压制备了具有多尺度混晶组织的镁合金，其中进行预变形应变量为2%+时效+挤压制备的Mg-8Gd-3Y-0.5Zr镁合金抗拉强度达到了419 MPa，伸长率达到了15.8%。HU等11通过反向挤压制备了具有多尺度混晶组织的Mg-2Zn-0.3Mn-0.2La-0.1Ce 镁合金，在挤压温度为300 时非再结晶部分达到了27.6%，屈服强度达到了289 MPa、抗拉强度达到了300 MPa、伸长率高达32.7%。由此可见，混晶结构镁合金通常均具有良好的强度和优异的塑性。轧制是制备大尺寸镁合金板材的常见方法。国内外学者在研究Mg-Al系镁合金塑性变形时定义了低应变速率指平均应变速率小于1 s1，高应变速率指平均应变速率大于10 s1 1216。本文以均匀化商用AZ31镁合金连铸板为研究对象，进行平均应变速率分别为1.9 s1、4.8 s1和7.8 s1，轧制温度分别为370、410 和460，下压量为75%的单道次大变形中等应变速率轧制，研究不同轧制工艺下组织特征、混晶组织与力学性能间的关系，确定中等应变速率轧制的较优工艺，并与高应变速率轧制(1529 s1)和中等应变速率轧制(1.97.8 s1)AZ31镁合金的组织和性能进行对比。1实验本实验选用商用铸态AZ31镁合金板坯，其成分见表1，将镁合金板坯在420 下均匀化热处理12 h，其初始组织如图1所示。将AZ31镁合金板坯加工成100 mm50 mm12 mm的轧制坯料，在轧辊尺寸为d 400 mm400 mm的双棍轧机上进行单道次中等应变速率轧制，平均应变速率分别为1.9 s1、4.8 s1和7.8 s1，轧制前分别在370、410 和460 进行约20 min的预热，然后从厚12 mm一次轧制成形到厚3 mm。为了探寻不同轧制工艺参数对AZ31镁合金显微组织的影响，在轧后镁板中部沿横截面(轧面法线轧件横向(Normal direction-transverse direction,ND-TD)取样品制成金相试样。用水砂纸 600#2000#逐级打磨，1.5 m抛光膏抛光，采用1 g草酸、1 mL硝酸、98 mL水混合溶液进行35 s的腐蚀，然后采用德国蔡司Axiovert 40 MAT型金相显微镜进行金相观察。将不同轧制工艺镁合金轧板分别沿TD方向切取规定尺寸的拉伸试样，取样方式及尺寸如图2所示。并在砂纸上磨光亮且磨至相同的厚度2.9 mm，在万能试验机上进行室温拉伸，拉伸速率为1 mm/min，为了保证数据的准确性，进行23次重复实验。采用Carl Zeiss EVO18扫描电子显微镜对样品进行EBSD检测。2结果与讨论2.1轧制板材的微观组织图3所示为不同轧制工艺下AZ31镁合金板材NDTD面的微观组织。由图3可知，轧制温度为370 时，大量交错的孪晶和链条状晶粒将原始粗大晶粒分隔成小块，粗晶聚集在一起，随平均应变速率的增加细晶占比逐渐增加。当轧制温度为410 时，粗晶边界围绕着数层细晶形成相对独立、嵌入式的分布；相比于370 链条状晶粒数量有所增加，而孪晶相对减少。当轧制温度为460 时，板材以细晶和粗晶混合的组织结构特征为主，表1AZ31镁合金的化学成分Table 1Chemical composition of AZ31 magnesium alloy(mass fraction,%)图1AZ31镁合金的初始组织Fig.1Initial microstructure of AZ31 magnesium alloy第 33 卷第 3 期刘筱，等：中等应变速率轧制制备多尺度混晶镁合金工艺及组织性能WEI等10通过对Mg-8Gd-3Y-0.5Zr镁合金进行不同应变量预变形和时效处理再挤压制备了具有多尺度混晶组织的镁合金，其中进行预变形应变量为2%+时效+挤压制备的Mg-8Gd-3Y-0.5Zr镁合金抗拉强度达到了419 MPa，伸长率达到了15.8%。HU等11通过反向挤压制备了具有多尺度混晶组织的Mg-2Zn-0.3Mn-0.2La-0.1Ce 镁合金，在挤压温度为300 时非再结晶部分达到了27.6%，屈服强度达到了289 MPa、抗拉强度达到了300 MPa、伸长率高达32.7%。由此可见，混晶结构镁合金通常均具有良好的强度和优异的塑性。轧制是制备大尺寸镁合金板材的常见方法。国内外学者在研究Mg-Al系镁合金塑性变形时定义了低应变速率指平均应变速率小于1 s1，高应变速率指平均应变速率大于10 s1 1216。本文以均匀化商用AZ31镁合金连铸板为研究对象，进行平均应变速率分别为1.9 s1、4.8 s1和7.8 s1，轧制温度分别为370、410 和460，下压量为75%的单道次大变形中等应变速率轧制，研究不同轧制工艺下组织特征、混晶组织与力学性能间的关系，确定中等应变速率轧制的较优工艺，并与高应变速率轧制(1529 s1)和中等应变速率轧制(1.97.8 s1)AZ31镁合金的组织和性能进行对比。1实验本实验选用商用铸态AZ31镁合金板坯，其成分见表1，将镁合金板坯在420 下均匀化热处理12 h，其初始组织如图1所示。将AZ31镁合金板坯加工成100 mm50 mm12 mm的轧制坯料，在轧辊尺寸为d 400 mm400 mm的双棍轧机上进行单道次中等应变速率轧制，平均应变速率分别为1.9 s1、4.8 s1和7.8 s1，轧制前分别在370、410 和460 进行约20 min的预热，然后从厚12 mm一次轧制成形到厚3 mm。为了探寻不同轧制工艺参数对AZ31镁合金显微组织的影响，在轧后镁板中部沿横截面(轧面法线轧件横向(Normal direction-transverse direction,ND-TD)取样品制成金相试样。用水砂纸 600#2000#逐级打磨，1.5 m抛光膏抛光，采用1 g草酸、1 mL硝酸、98 mL水混合溶液进行35 s的腐蚀，然后采用德国蔡司Axiovert 40 MAT型金相显微镜进行金相观察。将不同轧制工艺镁合金轧板分别沿TD方向切取规定尺寸的拉伸试样，取样方式及尺寸如图2所示。并在砂纸上磨光亮且磨至相同的厚度2.9 mm，在万能试验机上进行室温拉伸，拉伸速率为1 mm/min，为了保证数据的准确性，进行23次重复实验。采用Carl Zeiss EVO18扫描电子显微镜对样品进行EBSD检测。2结果与讨论2.1轧制板材的微观组织图3所示为不同轧制工艺下AZ31镁合金板材NDTD面的微观组织。由图3可知，轧制温度为370 时，大量交错的孪晶和链条状晶粒将原始粗大晶粒分隔成小块，粗晶聚集在一起，随平均应变速率的增加细晶占比逐渐增加。当轧制温度为410 时，粗晶边界围绕着数层细晶形成相对独立、嵌入式的分布；相比于370 链条状晶粒数量有所增加，而孪晶相对减少。当轧制温度为460 时，板材以细晶和粗晶混合的组织结构特征为主，表1AZ31镁合金的化学成分Table 1Chemical composition of AZ31 magnesium alloy(mass fraction,%)Al3.19Mn0.33Zn0.81Si0.02Cu0.05Fe0.005Mg95.4ImpuritiesBal.图1AZ31镁合金的初始组织Fig.1Initial microstructure of AZ31 magnesium alloy679中国有色金属学报2023 年 3 月在较低平均应变速率下(1.9 s1)还存在少量孪晶和链条状晶粒，随平均应变速率的增加孪晶数量逐渐消失，链条状晶粒数量随之减少。随着平均应变速率和温度的升高，孪晶数量减少；在相同平均应变速率下，随着温度升高，链条状晶粒数量先增加后减少。2.2晶粒尺寸分布图4所示为图3中对应的轧制工艺下的晶粒尺寸分布。由图4可知，在轧制温度为370，且平均应变速率分别为1.9 s1、4.8 s1和7.8 s1轧制后，组织中晶粒尺寸为05 m的晶粒分别占有23.1%、20.5%和17.5%的面积，晶粒尺寸大于25 m的晶图2拉伸样品的取样位置示意图Fig.2Sample location diagram of tensile sample图3不同轧制工艺下AZ31镁合金轧板NDTD面微观组织Fig.3Microstructures on NDTD section of AZ31 alloy sheet under different rolling processes680第 33 卷第 3 期刘筱，等：中等应变速率轧制制备多尺度混晶镁合金工艺及组织性能粒分别占有23.6%、18.1%和24.8%的面积；在轧制温度为410，且平均应变速率分别为1.9 s1、4.8 s1和7.8 s1轧制后，组织中晶粒尺寸为05 m的晶粒分别占有 40.6%、18.3%和 15.0%的面积，晶粒尺寸大于25 m的晶粒分别占有3.7%、21.9%和29.3%的面积；在轧制温度为460，且平均应变速率分别为1.9 s1、4.8 s1和7.8 s1轧制后，组织中晶粒尺寸为 05 m 的晶粒分别占有 35.1%、27.6%和16.9%的面积，晶粒尺寸大于25 m的晶粒分别占有6.4%、24.5%和26.7%的面积。可见，在相同温度下，随平均应变速率的增加，05 m的晶粒占比呈现减少的趋势。这是由于平均应变速率增加，轧制过程中变形功与摩擦功导致轧制温度升高，再结晶长大，使05 m的晶粒占比减少17。同时在相同温度下，随平均应变速率的增加(除平均应变速率为1.9 s1、温度为370)，粗晶(25 m)占比呈现增加的趋势。2.3轧制板材的力学性能图5所示为不同轧制工艺下AZ31镁合金轧板在垂直于轧制方向的室温拉伸力学性能(图5中数值为实验数据平均值与标准差)。进行温度为370，平均应变速率为1.9 s1轧制板材的抗拉强度和伸长率分别为293.2 MPa和12.88%；其相比于平均应变速率为4.8 s1和7.8 s1条件下轧制板材的抗拉强度分别提高了 7.0%和 9.1%，伸长率分别降低了17.9%和44.6%。进行温度为410，平均应变速率为1.9 s1轧制板材的抗拉强度和伸长率分别为292.7 MPa和18.31%；相比于平均应变速率为4.8 s1和7.8 s1条件下，轧制板材的抗拉强度分别提高了 4.8%和 11.2%，伸长率分别降低了 15.7%和29.1%。进行温度为460，平均应变速率为1.9 s1图4不同轧制工艺下的晶粒尺寸分布Fig.4Grain size distribution under different rolling technologies:(a1),(a2),(a3)1.9 s1;(b1),(b2),(b3)4.8 s1;(c1),(c2),(c3)7.8 s1;(a1),(b1),(c1)370;(a2),(b2),(c2)410;(a3),(b3),(c3)460 681中国有色金属学报2023 年 3 月轧制板材的抗拉强度和伸长率分别为273.8 MPa和13.07%；其相比于平均应变速率为4.8 s1和7.8 s1条件下轧制板材的抗拉强度分别提高了 2.2%和6.9%，伸长率分别降低了23.9%和54.0%。可见，相同轧制温度下平均应变速率为1.9 s1时的轧板抗拉强度最高，平均应变速率为7.8 s1时的轧板伸长率最高；随着平均应变速率的增加，轧板抗拉强度逐渐减小，伸长率逐渐增加。由图3可知，相同轧制温度下，平均应变速率为1.9 s1时的轧板中孪晶数目最多，随着应变速率增加温度升高，孪晶数目减少。由图4可知，在相同轧制温度下05 m的晶粒1.9 s1占比最多，随着平均应变速率的升高而减少。孪晶的存在可以提高镁合金的强度，晶粒细化也有利于提高材料强度，孪晶强化和细晶强化相叠加，引起AZ31镁合金强度明显增加18。因此平均应变速率为1.9 s1的镁合金相比于相同温度下AZ31镁合金具有更高抗拉强度，抗拉强度也随着平均应变速率的升高而降低。此外，粗晶能有效提高材料塑性19。在目前的研究中，随着平均应变速率的增加，粗晶逐渐出现且占比逐渐增加，因此伸长率随平均应变速率的增加呈现上升的趋势。当材料抗拉强度大于 200 MPa、伸长率大于14%时，可以认定该变形工艺使镁合金材料强度与塑性同时提高20。可见，进行温度为370460，平均应变速率为1.97.8 s1的中等应变速率(除了370/1.9 s1和460/1.9 s1)轧制板材的力学性能都满足强度和塑性同时提高，其中相同平均应变速率下，轧制温度为410 时伸长率最高，相较其他温度有大幅提升(14.8%41.8%)，其中综合力学性能最好的轧制工艺为(410、4.8 s1)，强度和塑性提升最为均衡(抗拉强度达279.4 MPa、伸长率达21.2%)。2.4EBSD分析图 6 所示为轧制温度 410、平均应变速率4.8 s1、下压量75%轧制后的轧制板材EBSD图和晶粒尺寸分布图。图6(a)中红色表示1012拉伸孪晶、绿色表示1011压缩孪晶、黄色表示(1011)(1012)双孪晶、粉色表示(1012)(0112)拉伸拉伸孪晶、蓝色表示(1012)(1012)拉伸拉伸孪晶。由图6可知，经温度410、平均应变速率4.8 s1轧制后，组织内还留有部分孪晶(孪晶密度为3.87%)，孪晶周围存在一些小尺寸晶粒，形成链条状晶粒，说明发生了孪生诱导再结晶。由图6(b)可知组织中孪晶、链条状晶粒交错分布把原始晶粒分隔成小块粗晶使粗晶镶嵌在多层细晶中，形成了细晶、孪晶、链条状晶粒和镶嵌式粗晶的多尺度组织。图6(c)所示为图6(b)的晶粒尺寸分布图，02 m和24 m的晶粒占比都在5%左右，46 m的晶粒占比达到了14.6%，68 m的晶粒占比达到了14.4%；粗晶占比达到了36.5%，其中2530 m的粗晶占比最高(10.3%)，粗大晶粒(4045 m)尺寸只占有 4.3%。可见，超细小晶粒(02 m)和粗大晶粒(4045 m)占比较小，而细晶(210 m)、中等晶粒(1020 m)、粗晶(2035 m)占比多且均衡。因此，强度和塑性较为均衡。图5不同轧制工艺下镁合金板TD方向的力学性能Fig.5Mechanical properties of magnesium alloy along TD under different rolling technologies:(a)Tensile strength;(b)Elongation682第 33 卷第 3 期刘筱，等：中等应变速率轧制制备多尺度混晶镁合金工艺及组织性能2.5拉伸断口形貌图7所示为不同轧制工艺下TD方向的拉伸断口形貌。如图7(a1)(c1)所示，轧制温度为370 时，平均应变速率1.9 s1的拉伸断口观察到长条形孔洞且韧窝很少，平均应变速率4.8 s1的拉伸断口观察到大量韧窝但有小孔洞，可见这两个平均应变速率下都以韧脆性断裂方式为主；平均应变速率7.8 s1的拉伸断口均观察到有大量韧窝，以韧性断裂为主。如图 7(a2)(c2)所示，在轧制温度为410 时，平均应变速率1.9 s1和4.8 s1的拉伸断口观察到大量韧窝，平均应变速率7.8 s1的室温拉伸断口观察到很多韧窝且韧窝深度大于其他轧制工艺的深度，可见这三个平均应变速率下都以韧性断裂为主。如图7(a3)(c3)所示，当轧制温度460、平均应变速率1.9 s1时的拉伸断口观察到长条形孔洞和少量韧窝，平均应变速率4.8 s1的拉伸断口观察到有大量韧窝和孔洞，可见这两个平均应变速率下都以韧脆性断裂方式为主；平均应变速率7.8 s1时的拉伸断口观察到有大量韧窝，以韧性断裂为主。相同温度下，随应变速率的增加，韧窝数量增多且韧窝深度逐渐加深。在相同应变速率下，轧制温度410 的断口中没有孔洞出现，且韧窝数量多，进一步证实了轧制温度410 的中等应变速率轧制镁合金轧板相较轧制温度 370 和460 具有更好的塑性。2.6微观组织分布对力学性能的影响本课题组在前期工作中21，采用温度区间350400、平均应变速率1529 s1的高应变速率轧制制备了细晶组织均匀AZ31镁合金轧板，该轧板具有较好的抗拉强度和良好的塑性。高应变速率轧制细晶镁合金轧板和中等应变速率多尺度组织镁合金轧板的力学性能对比如表2所列。轧制工艺370、1.9 s1时的轧板比轧制温度350、平均应变速率15 s1、20 s1和29 s1时的轧板抗拉强度分别提高了 19.7%、19.2%和 18.7%。轧制工艺370、4.8 s1时的轧板比轧制温度350、平均应变速率为15 s1、20 s1和29 s1时的轧板抗拉强度分别提高了11.8%、11.4%和10.9%。当轧制工艺为 370、7.8 s1时，其力学性能较轧制温度350 下高应变速率轧板均有所提升，比15 s1、20 s1和29 s1时的轧板抗拉强度分别提高了9.7%、9.2%和8.8%，伸长率分别提高了30.5%、25.3%和0.9%。轧制温度370、中等应变速率混晶组织镁合金轧板比轧制温度350 下的均匀组织高应变速率轧板在伸长率下降不多的情况下，抗拉强度均有提升。轧制工艺410、1.9 s1时的轧板比轧制温度图6温度410、平均应变速率4.8 s1、下压量75%轧制后的EBSD图和晶粒尺寸分布图Fig.6EBSD map(a),(b)and grain size distribution(c)under temperature of 410,average strain rate of 4.8 s1 and reduction of 75%683中国有色金属学报2023 年 3 月400、平均应变速率15 s1、20 s1和29 s1时的轧板抗拉强度分别提高了 16.2%、17.1%和 19.0%，伸长率分别提高了19.4%、0.1%和6.6%。轧制工艺410、4.8 s1时的轧板比轧制温度400、平均应变速率15 s1、20 s1和29 s1时的轧板抗拉强度分别提高了10.9%、11.8%和13.6%，伸长率分别提高了38.1%、15.8%和23.4%。轧制工艺410、7.8 s1时的轧板比轧制温度400、平均应变速率为15 s1、20 s1和29 s1时的轧板抗拉强度分别提高了 4.4%、5.3%和 7.0%，伸长率分别提高了54.0%、29.1%和37.6%。轧制温度为410、中等应变速率混晶组织镁合金轧板比轧制温度400 的均匀组织高应变速率轧板力学性能有大幅提升。370 和410 中等应变速率轧制镁合金微观组织为粗晶、细晶、孪晶和链条状晶粒混合共存的多尺度混晶组织(见图3)，而高应变速率轧制镁合金微观组织为较均匀的细晶组织。细晶强化与孪晶强化共同作用使具有混晶组织的轧板相较均匀细晶图7不同轧制工艺下镁合金板垂直于轧制方向的拉伸断口Fig.7Tensile fractures of magnesium alloy along TD under different rolling technologies表2高应变速率轧制细晶镁合金轧板和中等应变速率多尺度组织镁合金轧板的力学性能对比Table 2Mechanical properties comparison for high-strain rate rolled fine-grained magnesium alloy sheets and medium-strain rate rolled multi-scale structure magnesium alloy sheetsTemperature/350400370410Averagestrain rate/s11520291520291.94.87.81.94.87.8Elongation/%14.2714.8718.4715.3418.3017.1712.881.2015.190.5418.630.2518.311.0321.190.9623.630.85Tensilestrength/MPa245.0246.0247.0252.0250.0246.0293.22.3274.03.8268.80.4292.72.7279.41.2263.21.7684第 33 卷第 3 期刘筱，等：中等应变速率轧制制备多尺度混晶镁合金工艺及组织性能组织的抗拉强度明显提升18。研究表明在粗晶、细晶共存的混晶组织中，粗晶层为软相，细晶层为硬相，粗晶层先进行塑性变形，细晶层则保持弹性变形，粗晶层与细晶层的界面阻碍了粗晶中位错运动，导致位错堆积，在粗晶层中产生背应力，提高了材料伸长率2225。本研究中，通过中等应变速率轧制粗晶、细晶、孪晶和链条状晶粒混合共存的多尺度混晶，其中粗晶为软相，细晶、孪晶和链条状晶粒为硬相；在塑性变形过程中，粗晶进入塑性变形阶段时，细晶、孪晶和链条状晶粒仍处于弹性变形阶段，导致粗晶在软/硬相界面处累积大量的位错，在细晶与粗晶、孪晶与粗晶和链条状晶粒与粗晶的界面处形成背应力，提高了该多尺度混晶轧板塑性，从而使该多尺度混晶组织塑性相较于细晶组织塑性有所提高。2.7嵌入型结构对塑性的影响机制根据轧制板材的力学性能和断口形貌分析，发现轧制温度410 轧制板材的塑性相较其他工艺更为优异。由图3可知轧制温度为410 时，微观组织为粗晶镶嵌在多层细晶中的嵌入式多尺度混晶结构。WANG等26通过构筑粗晶区域嵌入在超细晶区域内的多尺度混晶组织，得到了高均匀伸长率和高总伸长率的SUS304L钢。LIU等27对比了不同类型的混晶组织镍样品，发现独立粗晶嵌入细晶基体中的镍样品具有更好的塑性。有研究表明2728，在混晶组织中软相完全被硬相包围时，软相不能通过塑性变形改变其形状，直到硬相开始塑性变形，位错在软相界面处堆积且不能通过界面传输，从而产生更高的背应力。目前研究中经过温度410，且平均应变速率1.97.8 s1轧制后获得的嵌入式结构中粗晶完全被细晶包围，拉伸过程中粗晶直到细晶开始塑性变形才能改变其形状，因此会在粗晶中累积更多的位错，大量位错堆积在粗晶和细晶的晶界处，从而相比于非镶嵌多尺度混晶结构产生更高的背应力，同时背应力的存在会抵消部分外加载荷，从而使材料塑性提升，因此镶嵌式多尺度混晶结构材料的伸长率得到大幅提升，图8所示为镶嵌式多尺度组织的增塑性机制。3结论1)中等应变速率轧制可制备多尺度混晶镁合金板材。平均应变速率一定时，随着温度的升高，孪晶数量逐渐减少，链状晶数量先增加后减少。相同轧制温度下，05 m的晶粒占比随平均应变速率的升高而减少；温度为410 时，可形成粗晶镶嵌在多层细晶中的嵌入式结构组织；轧制工艺为(410、4.8 s1)时，可形成细晶、中等晶粒和粗晶均匀分布并含有极少量超细晶和粗大晶粒的嵌入式结构组织。2)相比高应变速率轧制的细晶镁合金轧板，中等应变速率轧制的多尺度混晶镁合金轧板强度提高，最大可提高19.7%，伸长率亦有提高。在中等应变速率下，轧制温度410 时的轧制板材具有较好的强度和塑性的匹配，尤其是轧制工艺为(410、4.8 s1)时，轧板强度和塑性的提升最为均衡，抗拉强度达279.4 MPa，伸长率达21.2%；在轧制温度为410 时，以韧性断裂为主，其他轧制图8粗晶嵌入多层细晶中的嵌入式结构的增塑性机制Fig.8Plasticization mechanism for embedded microstructure of coarse grain embedded in multiple fine grains685中国有色金属学报2023 年 3 月工艺下以韧脆性断裂方式为主。3)相比非镶嵌多尺度混晶，粗晶镶嵌在多层细晶中的嵌入式结构具有更高的背应力，能够抵消掉更多外加载荷，具有更好的塑性。REFERENCES1庞 铮,杜志伟,李 婷,等.Mg-7Gd-5Y-1Nd-2Zn-0.5Zr 合金铸态及均匀化态微观组织J.中国有色金属学报,2022,32(1):109120.PANG Zheng,DU Zhi-wei,LI Ting,et al.Microstructures of as-cast and homogenized Mg-7Gd-5Y-1Nd-2Zn-0.5Zr alloyJ.The Chinese Journal of Nonferrous Metals,2022,32(1):109120.2SISKA F,STRATIL L,CIZEK J,et al.Numerical analysis of twin-precipitate interactions in magnesium alloysJ.Acta Materialia,2021,202(1):8087.3WANG H,CHEN W,ZHANG W,et al.Microstructure and texture evolution during compression-extrusion process for tension/compression symmetrical ZK61 magnesium alloy rodJ.Materials Science and Engineering A,2021,806:140807140817.4刘 筱,杨 辉,朱必武,等.高速冲击载荷下预变形AZ31镁合金的流变行为及本构模型J.中国有色金属学报,2021,31(3):659668.LIU Xiao,YANG Hui,ZHU Bi-wu,et al.Flow behavior and constitutive model for pre-deformed AZ31 magnesium alloy under high-speed impact loadingJ.The Chinese Journal of Nonferrous Metals,2021,31(3):659668.5车 波,卢立伟,项 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