导  读

在“双碳”战略背景下，轻量化金属材料的发展已成为先进制造领域转型升级的重要抓手。镁合金因其低密度、优异的比强度、生物相容性和电磁屏蔽性能，正逐渐成为航空航天、新能源汽车等高端装备制造中的理想结构材料。然而，镁合金自身所具有的密排六方晶格结构导致其塑性变形能力有限。

近年来，为改善传统轧制工艺所导致镁合金的强织构和塑性差等问题，学者们提出了硬衬板轧制法，开发出了双峰异质结构Mg-9Al-1Zn合金，强度高达370MPa、伸长率为24.0%。随后增设硬衬板轧制成形异质复合板、序构组织板材及累积叠轧等方法及其成果随之涌现并不断发展。

近期，哈理工大学李峰教授团队提出了一种软质衬板轧制法，不仅有硬质衬板轧制法所具备的轧辊与待轧板材不直接接触而由衬板传力的效果。此外，软质衬板在轧制过程中也发生形变，可以起到塑性加工中“软金属垫”的作用，促进了目标板材成形性能的提升及强塑性的协同优化。研究结果表明：一方面，剪切应力集中诱导的再结晶过程释放了原有晶格畸变能，推动织构弱化并促进晶粒重组；另一方面，织构随机化促使非基面滑移系统激活，显著改善了板材的变形协调及塑性成形性能。

相关成果已以题为“Optimization in strength-ductility of soft plate rolled AZ31 magnesium alloy via CDRX and shear band-induced DRX”发表于国际学术期刊《Journal of Alloys and Compounds》上。链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925838825028646

在AZ31镁合金板材上下侧分别增设软质衬板，构建“软衬板-目标板材-软衬板”的复合层状结构，该结构有效改变了传统轧制过程中金属板材与轧辊之间的刚性接触状态，从而显著优化了载荷传递路径与应力分布状态，且轧后板材组织也呈一定的特征结构。

图1. SPR工艺原理图

传统轧制成形的板材主要由粗大长条状晶粒构成，其间仅存在少量细小等轴晶粒，表明发生了不完全动态再结晶。而采用软衬板轧制的板材则由粗晶区和细晶区组成。其中，呈长条带状的细晶区为剪切带，源于轧制过程中非均匀剪切应力集中所引发的剧烈塑性变形。

图2. IPF图及尺寸对比柱状图：(a) 传统轧制 (b) 软衬板轧制

沿着板材轧制方向进行室温拉伸测试对比，与传统轧制法相比，软衬板轧制板材的屈服/抗拉强度及断后延伸率均明显提高。

图3.应力-应变曲线

图4. GOS图和晶界分布：(a、c) 传统轧制 (b、d) 软衬板轧制

总  结

1.提出的软质衬板轧制法使AZ31镁合金板材的平均晶粒尺寸由9.53µm细化至2.74µm，基面织构强度由13.62弱化至8.86；2.增设的软质衬板能在轧制过程中起到协调变形和能量耗散等作用，可减轻边部拉应力集中现象，降低产生开裂缺陷的风险；3.软质衬板轧制促使再结晶晶粒取向随机分布，打破基面滑移的单一主导性，激活非基面滑移系的协同作用，显著改善了板材的塑性变形能力；4.与传统轧制法相比，软衬板轧制法在晶粒细化、织构弱化、非基面滑移激活等方面表现出显著优势，实现了强塑性的协同优化，为高性能镁合金板材成形制造技术的研究提供了新策略。(材料基）