预压缩方向对异质结构Mg合金层板力学行为的织构依赖性影响：压缩方向效应的微观机制与性能调控

为解决镁合金层状材料强度-塑性难以协同提升的问题，研究人员通过沿挤压方向(CE)和横向(CT)预压缩处理AZ31/ZK60/AZ31异质结构层板，发现CE通过诱发扩展孪晶(extension twinning)实现晶粒细化与异质变形诱导(HDI)强化，使屈服强度(YS)提升36.6%；而CT因基底滑移(basal slip)导致位错密度升高，虽极限强度(UTS)提高14.4%但塑性下降。该研究为定向调控镁合金层板性能提供新策略。

　　

镁合金因其轻量化特性在航空航天等领域备受青睐，但低强度和有限塑性的"阿喀琉斯之踵"长期制约其应用。近年来，通过构筑异质结构（heterostructure, HS）实现强度-塑性协同提升成为研究热点，其中层状结构因易于工业化制备而优势显著。然而，现有镁合金层板性能仍有较大提升空间。预变形处理可通过引入孪晶改变织构特征，但不同压缩方向对层板微观组织与力学行为的影响机制尚不明确。

针对这一科学问题，来自云南的研究团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表研究，系统考察了挤压方向(extrusion direction, ED)和横向(transverse direction, TD)预压缩对AZ31/ZK60/AZ31三层镁合金层板的影响。研究发现：ED压缩(CE)使ZK60和AZ31层均发生扩展孪晶{10¹?2}，晶粒细化至5.8μm并形成强织构，屈服强度(YS)达209MPa，较初始层板(CP)提升56MPa；而TD压缩(CT)仅在AZ31层诱发孪晶，ZK60层以基底滑移为主，导致位错密度升高但YS降至105MPa。更引人注目的是，CE样品在3%-6%应变区间因孪晶-滑移协同作用呈现平缓的"S型"应力-应变曲线，而CT因快速位错增殖表现出显著"S型"特征。该研究首次揭示了压缩方向通过调控孪晶/滑移竞争机制影响层板性能的规律，为定向设计高性能镁合金层状材料提供理论依据。

研究采用挤压法制备AZ31/ZK60/AZ31层板，通过OM、SEM、EBSD和XRD分析微观结构，利用电子背散射衍射(EBSD)定量表征织构演变，结合室温拉伸测试评估力学性能。通过Schmid因子(SF)计算和位错密度分析阐明变形机制。

界面特征与CP微观结构
初始层板(CP)界面结合良好，无缺陷。AZ31层为粗细晶混合组织，ZK60层以细晶为主。EDS显示ZK60层富含Zn、Zr元素，第二相分布差异显著。

强化机制
CE的优异性能源于四重协同效应：(1)晶粒细化至5.8μm带来的细晶强化；(2)位错密度提升至1.2×10¹⁴ m^-2的位错强化；(3)基面织构旋转15°的织构强化；(4)异质层间应变梯度产生的HDI强化。而CT因AZ31层残余位错密度高达1.8×10¹⁴ m^-2且织构取向不利，导致塑性恶化。

结论

1. ED压缩诱发ZK60/AZ31层同步扩展孪晶，TD压缩则导致ZK60层基底滑移与AZ31层孪晶的差异化变形；
2. CE的YS、UTS分别提升至209MPa和325MPa，归因于孪晶主导的细晶强化与HDI协同效应；
3. CT因高位错密度和不利织构导致YS降低至105MPa，但UTS仍提高14.4%；
4. 应变速率敏感的"S型"曲线差异反映孪晶/滑移机制对位错增殖的差异化调控。

该研究突破性地证明压缩方向可通过选择性激活变形机制来定制层板性能，不仅为镁合金层状结构设计提供新思路，其揭示的HDI强化-织构耦合效应也可拓展至其他异质结构材料体系。Chen Xiang团队通过巧妙的实验设计，将传统预变形工艺与异质结构设计相结合，为开发兼具高强高塑的轻量化材料开辟了新路径。