多向锻造与反向挤压协同调控Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金梯度微观结构实现强度-塑性突破

本文通过多向锻造（MDF）与反向挤压（BE）复合工艺，成功制备大尺寸Mg-7Gd-3Y-1Zn-0.5Zr合金锥形管材。梯度应变诱导形成空间异质微观结构（包括晶粒尺寸、长周期堆垛有序（LPSO）相分布与织构梯度），实现强度（屈服强度260 MPa）与室温塑性（延伸率21.5%）的协同提升，为航空航天轻量化结构材料提供新策略。

　　

Highlight

梯度微观结构演变与强塑性协同机制

Material

本研究采用模具铸造制备VW73B合金铸锭（尺寸φ400 mm × 900 mm），其化学成分见表1。铸锭经两步均匀化热处理（480°C/12 h + 520°C/40 h）后，进行多向锻造（MDF）开坯。MDF初始温度为480°C，模具预热至500°C，锻造共6道次，每道次压下量50%。

Microstructure

图3展示了VW73B合金锥形管壁厚方向的微观结构，呈现出典型的应变依赖性特征[31]，与有限元模拟的有效应变分布高度吻合。在高应变区（Region I），微观结构由细小的动态再结晶（DRXed）晶粒和破碎的块状LPSO相组成。块状LPSO相显著细化并被压缩成沿挤压方向（ED）排列的条带状形态，而层状LPSO相则发生扭折和碎片化。

High ductility

镁合金的室温塑性变形受限于其HCP晶体结构中有限的滑移系，主要包括(0001)<11^ˉ0>基面滑移、(10^ˉ10)<12^ˉ10>棱柱面滑移，以及(10^ˉ1)<^ˉ1^ˉ23>锥面滑移[54]。为阐明VW73B锥形管的变形机制，统计分析了这些滑移系的施密特因子（SF）值（图12）。结果表明，SF值分布特征表明多个滑移系被协同激活：基面滑移提供基础塑性，而高SF值和良好的晶间相容性促进了锥面滑移的启动，有效协调c轴应变。

Conclusions and outlook

本研究采用MDF与BE复合工艺成功制备出含LPSO相的大尺寸VW73B合金锥形管。引入的高累积应变有效细化了晶粒并弱化了织构，显著提升了合金整体塑性和力学均匀性。此外，工艺诱导的梯度应变分布精准调控了壁厚方向的微观结构演变与力学性能。