轻质镁合金是交通运输、航空航天及国防军工等领域重要的轻量化材料。具有密排六方结构的镁合金在室温下易于启动的滑移系少，各向异性强，变形行为复杂。镁合金在塑性加工过程中易形成强织构，大量研究表明织构显著影响镁合金的变形行为、力学性能及强度，尤其是易于引起显著的拉伸-压缩屈服不对称性，使服役在一侧率先失效。国内外学者围绕如何降低镁合金拉压屈服不对称性已经做了大量的研究工作，研究表明镁合金拉压屈服不对称性主要与{10-12}拉伸孪晶的活性有关。相比于非基面滑移，其临界启动应力要低很多，如果拉伸和压缩变形过程由启动应力相差较大的变形机制主导变形，将引起强烈的不一致性。目前降低这种不对称性的方法包括细化晶粒，弱化织构，制备双峰晶粒组织等，但由于加工难度等原因，并不适用于工业生产。近年来通过引入预置拉伸孪晶结合退火处理的方法，研究者成功制备出双织构组分镁合金，但目前关于双织构组织对拉伸压缩屈服不一致性方面尚缺乏系统的定量化研究。

最近，扬州大学赵玲玉副教授课题组采用预压缩引入一次拉伸孪晶并结合退火处理的方法，在AZ31镁合金中制备了两种织构组分呈不同比例分布的双织构镁合金。通过对不同织构组分镁合金进行拉伸和压缩力学试验，发现所有双织构样品的拉压屈服不对称性均得到不同程度的弱化，其中当TD织构与ND织构占比分别为55%和24%时，拉伸屈服强度基本与压缩屈服强度一致，几乎消除了屈服不对称性。该研究通过分析晶内强度与晶界强度（孪生/滑移之间的启动应力差(△stress)以及相邻晶粒之间的几何相容性因子(m’)）揭示了拉压屈服不对称的织构依赖性，为后续拉压屈服不对称性的研究提供新的理论依据。

本文系统研究了AZ31轧制板材通过预置拉伸孪晶结合退火的工艺对镁合金组织的影响，结果如图1所示。轧制板材的初始织构是典型的基面织构，晶粒基轴大多数平行于ND，同时柱面没有择优取向。经过TD方向不同变形量的压缩，组织中出现大量{10-12}拉伸孪生，从极图中可以看出，压缩后的样品出现了基轴平行于ND和基轴平行于TD两种织构组分，这是由于{10-12}孪生可以使晶粒旋转~86.3°。随着TD方向压缩变形量的增大，TD织构的比例随之增大。经过250 ℃退火3 h后，孪晶组织消失，得到了完全再结晶的均匀组织。退火消除了拉伸孪晶组织，但是孪晶的取向可以绝大部分保留，这也为双织构的制备提供了可能。由退火前后的XRD表征结果可知，退火后样品仍然呈明显双织构组分（TD织构与ND织构），TD织构和ND织构组分占比略有变化。 

图1 退火前后样品的XRD极图

不同双织构组分样品力学性能上的拉压屈服不对称性结果如图2所示。ST样品是沿ND方向进行7%冷轧（无TD压缩）并在250 °C下退火3小时的样品, 而BT1样品（即双峰织构样品）、BT2样品、BT3样品、BT4样品是分别沿TD压缩2.5%、3.8%、5.4%、7.0%。ST和BT1样品的拉伸屈服应力远高于压缩屈服应力，BT3和BT4的屈服应力则相反。BT2样品的拉伸压缩屈服应力相似，比值几乎为1。为了进一步了解屈服应力与织构组分之间的联系，这里构建了一个线性关系式，沿TD拉伸变形屈服强度与TD织构组分占比关系为：

而压缩变形时此关系式为：

这个线性关系粗略解释了力学性能随织构变化的变化。

图2 样品力学性能与拉压不对称性

为了进一步揭示织构分布对拉压屈服不对称性的影响，每组样品选择了400多个晶粒，通过Matlab计算了各个晶粒在拉伸和压缩应力下的变形模式，结果如图3所示。沿TD压缩时，ST样品中发生{10-12}孪生的晶粒占比达到89%，发生孪晶的晶粒占比按BT1、BT2、BT3、BT4的顺序依次降低。沿TD拉伸时，除了基面滑移和{10-12}孪生外，柱面滑移也被激活。在拉应力作用下，随着TD织构占比增加，柱面滑移活性升高，拉伸孪晶活性相对下降。晶粒内部孪晶和滑移激活的差异造成了晶粒内部屈服的不同，柱面滑移活性的增加和{10-12}孪晶活性的减少会引起屈服的上升。

图3 几种不同样品沿TD方向压缩和拉伸时的主导变形机制

除了对晶内强度的分析，界面强度主要表现为对变形传递的阻碍作用，这种阻碍作用可通过变形传递的启动应力差(△stress)和几何相容性因子(m’)来表示（已有文献报道）。结果如图4和5所示。拉伸变形主要启动了基面滑移（B）、拉伸孪生（T）、柱面滑移（P）机制，因此这里统计了相邻晶粒中B-B、T-T、B-T和B-P传递的占比。压缩变形时，晶粒所启动的变形机制主要为基面滑移（B）和拉伸孪生（T），因此需要考虑三种变形传递模式：B-B、T-T以及B-T传递。拉伸和压缩变形时相邻晶粒间主导变形模式传递所占的比例也做了相应统计。ST和BT1样品在压应力作用时平均△stress比在拉应力下的小的多，而BT3和BT4样品则相反。压缩时ST和BT1样品的平均m’值要高于拉应力下的m’值，BT3和BT4样品依然相反。较低的m’值和较高的△stress值会产生较高的边界阻碍效应。BT2样品在拉伸和压缩时，具有相近的平均△stress值和平均m’值，这意味着BT2样品在拉伸和压缩时具有相似的晶界阻碍效应。同时对于晶内强度，BT2在拉伸和压缩时孪生活性也接近，因此BT2表现为良好的拉压屈服对称性。

图4 样品沿TD方向压缩和拉伸时的△stress分布图

图5 样品沿TD方向压缩和拉伸时的m’值的分布

综上所述，本研究通过定量调控ND织构和TD织构分布，发现当ND织构占比~24%，TD织构占比~55%时，拉压屈服强度比值约为1。通过定量分析滑移/孪生活性以及相邻晶粒间△stress值和m’值，很好的解释了双织构组织对拉压屈服的影响，为后续镁合金拉压屈服不对称性的研究提供了理论支持。

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