一、背景与意义

在汽车制造业中，轻量化是节省燃料的有效的方法之一。相较于传统汽车使用的钢铁和铝合金材料，镁合金具有更低的密度和更高的比强度，在汽车制造领域具有较大的应用潜力。轧制是生产镁合金板材的常见工艺，轧制后的镁合金板材将在室温下进行压力成形，如拉伸成形、弯曲和深冲压等工艺。然而，轧制镁合金板材由于其强烈的基面结构，导致塑性和成形性受限，镁合金板材通常需要在200℃或更高温度下进行冲压成型。高温压力成型消耗大量能源，增加了产品的成本。要实现轧制镁合金在汽车工业上的大范围应用，仍需攻克镁合金室温成形的难题。

近期，日本长冈工业大学S.Kamado教授团队T.Nakata博士等人分析了再结晶调控织构改善镁合金室温成形的研究趋势和研究热点，综述了轧制镁的微观组织/织构与拉伸成形性能之间的关系。阐明了影响镁合金室温成形的微观组织因素，重点探讨了静态再结晶（SRX）和动态再结晶（DRX）对轧制镁基面织构的影响。基于文献中提供的微观组织/织构与拉伸成形性能，建立了镁板材的拉伸成形性与微观结构和织构的关联关系，提出实现镁合金优异室温成形性的微观组织设计策略，为可室温成形轧制镁合金板材研究指明了方向。

二、图文导读

文章通过分析基面织构形成机制，阐述了静态再结晶和动态再结晶过程中织构演变，分析了目前主要的基面织构弱化策略，建立了织构和成形性之间关系，最终提出高强度和高成形性协同的镁合金组织设计策略。

论文首先通过对商用钢、铝合金和镁合金板的延展性、弯曲性和深冲性的进行对比，明确了目前镁合金室温成形性与钢铁和铝合金之间的差距，提出改善镁合金成形性能的重要性。商业镁合金板材的室温成形性能差主要源于热轧后形成的强基面织构（如图1）。强基面织构形成主要原因是在塑性变形过程中只有基面滑移容易启动，图2中列出了镁合金中常用的五种塑性变形机制的临界剪切应力（CRSS）随温度的变化趋势。与柱面和锥面滑移相比，基面滑移的CRSS较低，因此基面滑移是Mg中的主要滑移模式。随变形温度升高，柱面滑移和锥面滑移的CRSS减小，而基面滑移CRSS不变。因此，在高温下，非基面滑移对变形的贡献增大。然而，即使在热轧过程中，变形初期也促进了基面滑移[XX1]。由于轧制过程中通过基面滑移实现的厚度减小是通过朝向ND旋转（0001）面来实现的。因此，基面滑移促进了基面织构的形成。

表1 商用钢铁、铝合金和镁合金板材的延展性、弯曲性和深冲性的对比

图1 （a）轧制镁合金强基面织构示意图和（b）典型（0001）基面极图

图2 AZ31镁合金不同变形机制的CRSS随温度升高的变化趋势

SRX是控制镁合金织构演变的重要手段。不同类型的滑移和孪生行为在轧制过程中的激活会影响SRX后的织构特性。柱面滑移激活可以促使（0001）面从ND方向向TD方向倾斜，倾斜角度为30~40°，被称为“TD分裂织构”。对于拉伸孪晶（TTW）来说，在轧制过程中，具有基面织构的镁合金很难发生TTW。而预制TTW后发现（图3），TTW会在SRX过程中被优先消耗，介导晶粒优先生长，使得织构发生偏移。进一步，在TTW内部形成的TTW被称为双孪晶（DTW），这种孪生在实验中发现具有更加优秀的弱化基面织构的作用。此外，剪切带通常被认为是SRX过程中基面织构减弱的晶粒的形核点。不同工艺参数对剪切带的形成有重要影响，此外合金成分也对剪切带的形成和再结晶行为有很大影响，这些影响因素对织构的调控都需要进一步的实验来证明。SRX过程中的退火温度对于晶粒长大和织构形成有重要影响，通常表现为高温退火导致基面织构取向的晶粒吞并非基面取向的晶粒，导致织构强化；而低温退火和合金化产生的晶界拖曳作用则有利于与弱化基面织构。

DRX机制可以分为四种类型：连续DRX（CDRX）、不连续DRX（DDRX）、孪生介导的DRX（TDRX）和颗粒刺激再结晶形核（简称PSN效应）相关的DRX。当CDRX在基面织构晶粒内发生时，新形成的再结晶晶粒的（0001）面将与基体晶粒的（0001）面有较大偏差，有助于织构弱化。在DDRX过程中，新形成的晶粒通常保持基体晶粒的取向。此后，很难弱化基面织构。在TDRX过程中，随着应变的增加，位错在孪晶中积累，最终形成高角度晶界（HAGB）。孪晶被HAGB分开，形成新再结晶晶粒。由于孪晶的（0001）面与基体晶粒的（0001）面有较大的偏离，故在轧制过程中TDRX工艺可使织构弱化。PSN引起动态再结晶，在轧制过程中，在第二相粒子存在的区域促进再结晶。虽然PSN在DRX期间有织构弱化作用，但效果似乎很小，相关研究表明，即使发生PSN，轧制镁合金板材的整体织构也很强。虽然少数研究表明，DRX可以弱化织构，但这应该进一步研究。许多研究表明，DRX显著优化织构是困难的，近期研究表明抑制DRX反而是形成弱织构的关键因素。

图3 从板材表面（上）和中心区域（下）获得的AM30合金板材在退火期间的反极图

和（0001）极图的变化。在板材表面，具有不同于基面织构的晶粒，来自TTW诱导晶粒优先生长

本文还进一步探讨了影响镁合金板材强度和成形性协同的关键因素。材料的拉伸成形性与（0001）面最大强度之间存在密切关系。随着最大极密度的降低，基面织构的弱化现象变得明显。对比了不同合金系统的镁合金板材（如Mg-Al(-Zn)、Mg-Al-Ca、Mg-Zn(-Ca)以及Mg-RE(-Zn)等）的织构特征与拉伸成形性（LDH或IE值）之间的关系。当最大极密度低于8时，成形性有显著的改善。而最大极密度在2 ~ 8时，这种相关性不明显。这些对比数据为优化镁合金板材的织构特征，提高成形性能提供了参考。此外，Schmid因子与基面滑移的强相关性被认为是影响镁合金板材拉伸成形性的重要因素。相比之下，合金成分和晶粒尺寸对非基面滑移和孪生的激活影响较小，对成形性的贡献有限。此外，轧板面内各向异性可能成为实现镁合金板材优异成形性的关键。这为后续研究提供了新的方向，即通过调控镁合金板材的织构和面内各向异性来优化其成形性能。 

三、结论与展望

本文综述了轧制镁合金板材的织构演变过程，分析了与SRX和DRX对织构演变过程的影响，建立了镁合金板材的拉伸成形性与微观组织和织构关系，阐明了获得优异RT成形性的策略。此外，提出了开发高强度和高RT成形镁合金板的设计指导。相关重要内容可归纳如下：非基面滑移对SRX过程中织构的弱化起着重要作用，孪晶和晶粒长大行为对织构的影响更大。SRX过程中的晶粒长大行为与合金成分和工艺条件密切相关，可能与非基面织构晶粒的晶核数量和晶界能有关，轧制过程中动态再结晶激活时，通常会形成基面织构，抑制动态再结晶对实现基面织构的弱化也很重要。优化均匀化热处理工艺，这通常被变形镁合金的研究所忽略，对镁合金基面织构的影响和调控有重要作用。Schmid因子、基面滑移与镁合金板材的拉伸成形性具有强相关性，而合金成分和晶粒尺寸对成形性的影响很小，合金成分和晶粒尺寸通常影响非基面滑移和孪晶的激活。减少轧板面内各向异性可能成为镁合金板材获得优良成形性能的关键因素。

四、文章信息

该文章发表在《Journal of Magnesium and Alloys》2023年第11卷第11期：

[1] T. Nakata*, S. Kamado. Towards tailoring basal texture of rolled Mg alloy sheet by recrystallization for high room-temperature formability: A review [J]. Journal of Magnesium and Alloys, 2023, 11(11): 3992-4010.

五、中文摘要

镁合金板材室温（RT）成形是扩大镁合金板材应用的关键。然而，轧制的镁合金板材通常会形成强烈的基面织构，其中晶粒的（0001）面平行于板材发先方向（ND）排列，严重阻碍了（0001）[11-20]基面滑移的激活，限制了RT成形性。因此，弱化基面织构，即（0001）面相对于ND方向倾斜，对改善镁合金RT成形性起到关键作用。再结晶对于控制镁的织构演变至关重要。目前，常用静态再结晶（SRX）来实现织构弱化。然而，在轧制过程中激活的滑移和孪生类型会影响SRX后的织构特征。研究还表明，在SRX过程中，剪切带和晶粒优先生长是调节织构的重要因素。实际上，在镁的轧制过程中很容易发生动态再结晶（DRX），这也会影响最终轧制织构。然而，关于DRX对织构的形成和室温成形性能的影响相关研究还较少。因此，本文回顾了上述因素对轧制镁合金中织构演变的影响。此外，对于室温成形的镁合金板材而言，理想的微观结构和织构仍存在一定争议。室温成形性包括拉伸成形（双轴拉伸）、弯曲（平面应变拉伸）和深冲压。特别是拉伸成形常用于评估轧制镁的室温成形性。尽管最近的研究改善了拉伸成形性能，但由于轧制镁的成形性相对较低，与轧制钢铁和铝合金相比，仍需要进一步提升。根据文献中提供的微观结构/织构与拉伸成形性能之间的关系，本文提出了用于镁合金高拉伸成形性的设计指导思路。

六、英文摘要

Room-temperature (RT) formability is a key factor to broaden the applications of rolled Mg alloy sheets in the industry. However, rolled Mg alloy sheets generally form strong basal texture, where the (0001) poles align parallel to the normal direction (ND). This hinders the activation of (0001) [11-20] basal slip, limiting the RT formability. Therefore, texture weakening, i.e., the inclination of the (0001) poles from the ND, plays an important role to improve the RT formability. Recrystallization is crucial to control the textural development in Mg, and currently, the texture weakening is commonly achieved using static recrystallization (SRX). However, the type of slipping and twinning, which are activated during rolling, affect the textural features after SRX. It is also demonstrated that shear bands and preferential grain growth are important factors to tailor the texture during SRX. Indeed, dynamic recrystallization (DRX) easily occurs during rolling in Mg, which also affects the final rolling texture, while the effect of DRX on the textural formation is not extensively studied for the development of RT-formable Mg alloy sheets. Therefore, the effect of these factors on the textural development in rolled Mg is reviewed in this manuscript. Additionally, the ideal microstructure and texture for RT-formable Mg alloy sheets are still controversial. The RT-formability includes stretch forming (biaxial tension), bending (plane strain tension), and deep-drawing. In particular, the stretch forming is commonly used to evaluate the RT-formability of rolled Mg. Although the stretch formability has been improved by recent studies, the further improvement is necessary owing to the relatively low formability of rolled Mg compared with that of rolled Fe and Al. Based on the relationship between the microstructure/texture and stretch formability provided in the literature, the design guidance for high stretch formability is proposed in this review.