微合金化稀土镁合金多向锻造过程中W相演变与动态再结晶机制对强塑性协同提升的影响

为解决低稀土含量镁合金强塑性难以协同提升的问题，研究人员通过多向锻造（MDF）调控Mg-5Zn-1Gd-1Y（ZGW511）合金的累积应变，发现W相从短棒状向球状演变，动态再结晶（DRX）机制由DDRX转变为CDRX，最终实现抗拉强度从196.77 MPa提升至271 MPa、延伸率从7.7%增至15.9%，为低成本高性能镁合金开发提供新策略。

　　

镁合金因其轻量化、高比强度等特性，在航空航天和生物医疗领域备受青睐。然而，传统Mg-Zn合金晶粒粗大，而高稀土含量（>10 wt%）的镁合金虽性能优异但成本高昂。如何通过微量稀土添加和工艺优化实现强塑性协同提升，成为当前研究的关键瓶颈。

山西师范大学材料科学研究院的Yang Yu、Kun-kun Deng等团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表研究，以Mg-5Zn-1Gd-1Y（ZGW511）为对象，通过350℃多向锻造（MDF）调控累积应变（2.4-4.8），结合EBSD（电子背散射衍射）和SEM（扫描电镜）分析，系统揭示了W相动态析出行为与动态再结晶（DRX）机制的交互作用规律。

关键技术方法
研究采用真空熔炼制备ZGW511合金，经多段均匀化处理后进行多向锻造。通过OM（光学显微镜）、SEM和EBSD表征微观组织演变，结合硬度测试和拉伸实验评估力学性能，并利用KAM（核平均取向差）分析局部应变分布。

Microstructure
初始锻造阶段，Mg₂(Zn, Gd, Y)相以短棒状析出，随累积应变增加逐渐球化为W相。当应变达4.8时，W相尺寸从3.2 μm细化至1.5 μm，且分布均匀性显著提升。EBSD显示DRX晶粒比例（V_R/V_D）从54.3%增至78.6%，晶界取向差分布表明CDRX（连续动态再结晶）逐渐主导。

Recrystallized behavior
W相破碎与变形组织减少共同影响DRX机制：低应变（2.4）时，晶界处高位错密度促进DDRX（不连续动态再结晶）；高应变（4.8）下，亚晶界累积诱发CDRX。KAM分析证实，W相周围应变集中区域DRX晶粒占比达82.4%，是未变形区域的1.7倍。

Conclusion
该研究首次阐明微量稀土元素（Gd/Y）通过调控W相形态与DRX机制协同改善镁合金性能：

1. W相球化与细化抑制晶界裂纹萌生，延伸率提升106%；
2. CDRX主导的均匀细晶组织使抗拉强度提高37.7%；
3. 累积应变通过提高V_R/V_D比值，降低变形初期软化速率，优化加工硬化行为。

该成果为开发低成本、高均匀性稀土镁合金提供了理论依据与工艺范本，尤其适用于对力学性能一致性要求严苛的承力部件制造。研究揭示的“微量稀土-动态析出-DRX机制”关联规律，对其他合金体系的热机械加工具有普适性启示。