多向锻造与反向挤压协同制备大尺寸Mg-Gd-Y-Zn-Zr锥形管：梯度应变调控微观组织演化与室温强塑性协同提升机制

本文系统研究了多向锻造（MDF）与反向挤压（BE）复合工艺制备大尺寸Mg-7Gd-3Y-1Zn-0.5Zr锥形管的微观组织梯度演化规律。研究发现梯度应变分布诱导晶粒尺寸、长周期堆垛有序（LPSO）相形态与织构的空间异质性，通过激活非基面滑移（pyramidal ）显著提升室温强塑性匹配（屈服强度260 MPa，延伸率21.5%），为航空航天轻量化构件制造提供新策略。

　　

Highlight

梯度应变分布精准调控大尺寸锥形管微观组织演化：高应变区实现晶粒细化与LPSO相破碎；中应变区形成α-Mg/14H-LPSO三明治结构；低应变区保留粗大变形晶粒与扭折层状LPSO相。

Material

本研究采用模具铸造制备VW73B合金铸锭（φ400 mm × 900 mm），经480℃/12 h + 520℃/40 h两步均匀化处理后进行多向锻造（MDF）。锻造初始温度480℃，模具预热500℃，6道次锻造每道次压下量50%。

Microstructure

图3显示锥形管壁厚方向存在典型应变依赖性微观组织：区域I为细动态再结晶（DRX）晶粒与沿挤压方向（ED）排列的条带状块状LPSO相；区域II可见α-Mg与14H-LPSO交替层状结构；区域III保留粗大变形晶粒与扭折层状LPSO相。这种梯度结构是应变分布与动态再结晶行为共同作用的结果。

High Ductility

镁合金室温塑性受限于六方密排（HCP）结构滑移系数量：主要包含(0001)<11^ˉ20>基面滑移（basal ）、(10^ˉ10)<11^ˉ20>柱面滑移（prismatic ）以及(10^ˉ11)<^ˉ1^ˉ23>锥面滑移（pyramidal ）。Schmid因子（SF）统计表明：梯度微观结构通过提高非基面滑移激活能力，有效协调c轴应变，是实现21.5%高延伸率的关键机制。

Conclusions and outlook

采用MDF+BE复合工艺成功制备含LPSO相的大尺寸VW73B合金锥形管。高累积应变有效细化晶粒、弱化织构，显著提升整体塑性与力学均匀性。梯度应变分布精准调控壁厚方向微观组织演化与性能，为高性能镁合金管材工业应用提供理论指导与数据支撑。