预孪晶AZ31镁合金中高温冲击加载下再结晶机制及其对织构演化的影响机制研究

本研究针对预孪晶AZ31镁合金在中高温冲击加载下变形机制与织构调控难题，通过建立结合孪晶强化的Johnson-Cook宏观模型，并引入孪晶诱导再结晶(TDRX)和晶界弓出再结晶(GBBDRX)模型至黏塑性自洽(VPSC)框架，揭示了动态再结晶(DRX)通过增强基面滑移、抑制锥面滑移促进强基面织构形成的机制。成果发表于《Journal of Magnesium and Alloys》，为镁合金冲击成形工艺优化提供理论支撑。

　　

镁合金因其轻量化优势在航空航天、汽车制造等领域应用广泛，但固有的密排六方(HCP)晶体结构导致其室温成形性差。预孪晶处理虽可降低再结晶温度、拓宽加工窗口，但中高温冲击加载过程中动态再结晶(DRX)与变形机制的交互作用机制尚不明确，这严重制约了镁合金冲击成形工艺的精准调控。

针对这一挑战，中国某研究团队在《Journal of Magnesium and Alloys》发表创新研究。通过构建包含孪晶强化的Johnson-Cook宏观本构模型，结合VPSC多尺度模拟框架，首次整合了TDRX和GBBDRX两种再结晶模型，系统揭示了预孪晶AZ31镁合金在200-350°C、2150-4160 s^-1
冲击条件下的微观组织演变规律。研究采用分离式霍普金森压杆(SHPB)进行动态冲击实验，结合电子背散射衍射(EBSD)和晶内取向差轴(IGMA)分析技术，通过宏-微观耦合模拟阐明了DRX对变形机制的调控作用。

4.1 流动曲线分析
实验发现流动曲线呈现显著软化效应，但在250°C/2150 s^-1
与300°C/2150 s^-1
条件下曲线相近，表明细晶强化补偿了温度升高导致的软化。通过VUMAT子程序实现的修正Johnson-Cook模型成功捕捉了这种竞争机制。

4.2 微观组织演变
EBSD分析显示：250°C/4160 s^-1
时出现过渡剪切带内细小的DRX晶粒；300°C时DRX比例升至6.8%；350°C时基本完成再结晶。值得注意的是，200°C/4160 s^-1
条件下仍能观察到DRX，证实预孪晶可显著降低再结晶激活能。

4.3 动态再结晶机制
晶界弓出机制(GBBDRX)和孪晶诱导机制(TDRX)共存。其中GBBDRX通过降低局部位错密度抑制锥面滑移；而TDRX在双孪晶界和收缩孪晶界优先形核，新生晶粒的随机取向弱化了织构强度。

4.4 滑移系统激活
IGMA统计表明：基面滑移占比最高(87晶粒)，其次为锥面滑移(44晶粒)。DRX使基面滑移相对活性提升23%-37%，同时锥面滑移活性降低15%-29%，但对棱柱面滑移等次要机制影响微弱。

4.5 模拟验证
VPSC-DRX模型精准预测了实验织构演变：未考虑DRX时模拟呈现双峰织构；引入DRX后，250°C/2150 s^-1
模拟结果与实验基面织构吻合；当DRX程度较高时(350°C)，模型成功再现双峰织构特征。

该研究首次阐明预孪晶镁合金冲击变形中DRX的双重作用机制：一方面通过GBBDRX降低局部应变能，促进基面滑移主导变形；另一方面通过TDRX引入随机取向晶粒，实现织构调控。这种机制解析为开发新型高成形性镁合金提供了理论依据，所建立的宏-微观耦合模型可广泛应用于金属动态成形工艺优化。研究还发现，当DRX体积分数超过临界值时，基面织构会向双峰织构转变，这一发现为精准控制镁合金冲击成形织构提供了量化标准。