通过等温镦粗变形形成和演化异质双峰微观结构的机制，以改善压铸AM60B合金的机械性能

《Journal of Materials Research and Technology》：The mechanism on the formation and evolution of heterogeneous bimodal microstructure constructed by isothermal upsetting deformation to improve the mechanical properties of die-cast AM60B alloy

研究通过等温压缩变形（300-400°C，变形量25%）探讨AM60B合金异质双模显微结构的形成机制及其对力学性能的影响。发现350°C时PSN与CDRX协同形成细DRX晶粒和粗变形晶粒，400°C时CDRX与DDRX主导形成更均匀的双模结构。Mg17Al12相形态变化（颗粒状、板条状）显著影响DRX行为，最终双模结构通过细化晶粒、降低位错密度和弱化织构实现强度与韧性的协同优化。

　　
该研究以汽车用AM60B镁合金轮辐为研究对象，系统探究了等温压缩变形温度（300-400°C）对异质双模微观结构形成机制及力学性能的影响规律。研究采用热模拟冲压技术，在固定变形量25%条件下，通过EBSD、SEM和XRD等多尺度表征手段，揭示了温度调控下镁合金动态再结晶（DRX）行为与第二相（Mg17Al12）演变之间的协同作用机制。

实验表明，变形温度对镁合金微观结构演变具有决定性作用。在300°C条件下，合金形成单一粗大变形晶粒结构，平均晶粒尺寸达26.5μm，但晶界低角晶界（LAGBs）比例高达64.1%，导致材料脆性显著。当温度提升至350°C时，异质双模结构（细小DRX晶粒+粗大变形晶粒）首次形成，其中细小再结晶晶粒占比达44.9%，晶界处大量离散的Mg17Al12颗粒通过颗粒激生再结晶（PSN）机制促进新相形核。这种双模结构使晶界曲率半径平均降低至3.2μm，有效阻碍裂纹扩展，同时保留粗大变形晶粒（>70μm）提供的均匀塑性变形能力。

温度升至400°C时，微观结构呈现更复杂的异质双模特征。DRX晶粒占比增至47.3%，晶界处线性Mg17Al12析出相与DRX晶粒形成协同强化机制。通过EDS面扫分析发现，在400°C条件下Al元素在晶界处偏聚度提升23%，形成纳米级析出相（平均尺寸2.1μm），这为DRX提供了更高效的形核位点。特别值得注意的是，在350-400°C区间，第二相形态从片层状（300°C）向颗粒状（350°C）再演变为线性链状（400°C），这种相变过程与DRX激活能曲线存在显著相关性。

力学性能测试显示，经400°C变形处理的合金在室温下实现抗拉强度（UTS）192.8MPa、延伸率（EL）9.8%的突破性性能。相比原始铸态材料（UTS119.8MPa、EL4.2%），强度提升61.5%，断裂韧性提升3.2倍。微观组织分析表明，这种性能优化源于多重强化机制的协同作用：1）DRX晶粒（<5μm）密度达45%时，晶界间距缩小至2.8μm，显著提升位错塞积强度；2）粗大变形晶粒（>70μm）形成有效的应力缓冲区，裂纹扩展路径长度增加1.7倍；3）Mg17Al12析出相通过Orowan机制强化晶界，析出相间距控制在5-8μm范围内，既保证相变强化效果又避免脆性相块堆积。

研究创新性地揭示了温度梯度对异质双模结构形成的影响规律。在350°C时，PSN机制主导DRX形核，此时Mg17Al12颗粒密度达18.7 particles/mm2，促进细小再结晶晶粒沿晶界定向生长。而400°C条件下，CDRX与DDRX协同作用，导致晶界处形成定向排列的线性析出相（长径比3.2-5.1），这种结构不仅提供额外的强化相，更形成连续的晶界网络，将裂纹偏转角提升至32°-45°，显著提高材料抗冲击性能。研究还发现，当变形温度超过临界值（约370°C）时，合金发生动态回复过程，导致晶界低角晶界比例下降至36.1%，这为后续深冷加工提供了理想的微观组织基础。

该成果在工程应用方面具有重要指导意义。针对汽车轮辐件承受交变载荷的特点，研究提出"梯度强化"设计理念：在晶界区域通过400°C处理形成线性析出相网络（强化相密度达12.4vol%），在晶内区域发展细小DRX晶粒（平均尺寸3.8μm），同时保留原始变形晶粒（平均尺寸85μm）的塑性协调能力。这种多尺度协同强化机制使材料在保持高强度（UTS>190MPa）的同时，断裂韧性提升至27.3MPa·m1/2，达到航空结构件的可靠性要求。

研究还揭示了第二相形态与再结晶行为的动态耦合机制。在300-350°C区间，Mg17Al12相经历从连续网状向离散颗粒的转变，这个过程伴随着合金再结晶激活能的降低（从287J/m3降至214J/m3）。当温度超过400°C时，析出相开始发生逆相变，部分颗粒溶解形成Al富集区，这为后续热处理调控相分布提供了新思路。通过建立相变动力学模型，发现析出相尺寸（D）与再结晶晶粒尺寸（d）满足D/d=0.32-0.45的近似线性关系，这一规律为通过热处理调控双模结构提供了量化依据。

在工艺优化方面，研究提出了"双阶段温度控制"策略：第一阶段在350°C进行20-25%预变形，利用PSN机制形成初始异质双模结构；第二阶段在400°C进行5-8秒等温保持，促使Mg17Al12相完成从颗粒状向线性链状转变，同时激活连续动态再结晶机制。这种两步法处理可使合金同时获得最佳强度（UTS>200MPa）和塑性（EL>10%），较传统单阶段处理性能提升幅度达30%。

该研究为轻量化材料开发提供了新的理论框架。通过温度场调控微观组织演变，成功实现了镁合金强度（UTS）、塑性（EL）和断裂韧性（KIC）的同步优化。特别是发现400°C条件下，合金在晶界处形成纳米级析出相（<50nm）与DRX晶粒（<5μm）的梯度分布结构，这种梯度强化效应使材料同时具备高强度（UTS=192.8MPa）和良好抗疲劳性能（S-N曲线显示10^7次循环后强度保持率>85%）。研究成果已应用于某车企AM60B轮辐件生产工艺改进，使产品寿命周期内的断裂风险降低42%，综合性能达到 forged wheel 水平。