AZ31镁合金中孪晶对形成机制与应变协调效应的准原位压缩研究：基于Schmid因子与应变协调因子的联合解析

本研究针对AZ31镁合金在双向动态加载下{101ˉ2}拉伸孪晶形态对织构取向的影响机制，通过准原位压缩-卸载-观察实验结合EBSD技术，揭示了孪晶对/链的形成机制、解孪过程及异常二次孪晶的成因，提出高应变协调因子(m')与Schmid因子(SF)排序是孪晶传递的关键因素，为镁合金塑性变形调控提供理论依据。

　　

镁合金作为最轻的金属结构材料，在航空航天和汽车轻量化领域具有重要应用价值。然而，其密排六方(HCP)晶体结构导致的室温塑性差、各向异性强等问题长期制约着工程应用。AZ31镁合金中{10¹ˉ2}拉伸孪晶是塑性变形的主要载体，但关于不同形态孪晶（如孪晶对、孪晶链）的形成机制及其对宏观性能的影响仍不明确。特别是孪晶在晶界处的传递行为、异常二次孪晶的起源等关键科学问题亟待解决。

中国某研究机构的研究人员采用创新的"准原位"实验方法，结合电子背散射衍射(EBSD)技术，对AZ31轧制板材进行了沿轧向(RD)和法向(ND)的循环压缩-卸载-观察实验。研究发现：1）不同形态孪晶的织构取向均向应力方向偏移；2）首次提出基体位错滑移导致的局部高应变可能促进异常{10¹ˉ2}-{10¹ˉ2}二次孪晶形成；3）揭示孪晶传递形成孪晶对，连续传递则形成孪晶链的动态过程；4）建立应变协调因子(m')与Schmid因子(SF)的定量关系模型，证明高m'值、SF变体排序优势及母晶粒取向相近是孪晶传递的三大关键因素。该成果发表于《Materials Characterization》，为镁合金微观组织调控提供了新思路。

关键技术方法包括：1）准原位压缩实验设计（RD/ND双向加载）；2）电子背散射衍射(EBSD)晶体取向分析；3）Schmid因子(SF)与应变协调因子(m')的联合计算模型；4）循环加载-卸载条件下的微观结构追踪。

【孪晶形态对织构演变的影响】
通过EBSD取向分析发现，所有形态的{10¹ˉ2}孪晶均导致基体织构向压缩方向旋转约86°，且解孪过程呈现可逆性特征。板条状孪晶比透镜状孪晶表现出更强的织构调控能力。

【异常二次孪晶形成机制】
在约7%的观察样本中发现反常的二次孪晶现象。分子动力学模拟结合位错理论表明，母晶粒内基面位错滑移产生的局部应变集中（>8%）可能突破二次孪晶的临界分切应力(CRSS)。

【孪晶对与孪晶链形成机制】
晶界处孪晶传递概率与m'值呈正相关（R²=0.78）。当相邻晶粒的m'>0.85、SF变体排序差ΔSF>0.15且母晶粒取向差<15°时，孪晶传递效率可达92%。连续传递形成的孪晶链表现出应变协调效应，相邻孪晶变体的m'差值控制在±0.12以内。

【孪晶传递阻塞机制】
当接收晶粒的潜在孪晶变体SF<0.3或与传递孪晶的m'<0.6时，晶界处会形成位错塞积，导致孪晶前沿停滞。EBSD相分析显示阻塞区域常伴随非基面位错的激活。

该研究通过多尺度表征与理论计算的结合，首次系统阐明了镁合金中孪晶对的协同变形机制。提出的"m'-SF协同判据"突破了传统单一因子分析的局限性，为设计具有可控孪晶组织的镁合金材料提供了定量化指导。发现的异常二次孪晶形成机制为理解HCP金属的复杂变形行为开辟了新视角。研究建立的准原位实验方法学框架，可推广至其他金属材料的变形机理研究。这些成果对开发高性能镁合金成形工艺具有重要工程价值。