《Journal of Alloys and Compounds》：Rolling reduction–dependent microstructural and texture evolution in AZ31 Mg alloy with a tilted basal texture during high-speed rolling
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本研究系统考察了高速轧制下具有初始45°横向方向（TD）偏转基面织构的AZ31镁合金板材的微观结构演变与织构发展规律。通过EBSD分析发现，低至中等轧制减薄（20%-40%）阶段以{10-12}孪生主导，促进ND方向织构强化；40%-60%减薄时动态再结晶（DRX）显著增强，晶粒细化率达92%，抑制后续孪生并主导ND基面织构重构；80%减薄后ND基面织构强度达最优水平。揭示了高速轧制中织构偏转与变形机制（孪生/DRX/滑移）的交互作用机制。
柳承允（Seoung-yooun Yu）| 李秀珍（Su Jin Lee）| 余辉（Hui Yu）| 李正勋（Jeong Hun Lee）| 朴成赫（Sung Hyuk Park）
韩国庆北国立大学材料科学与冶金工程系，大邱，41566
摘要
本研究探讨了具有初始倾斜基面织构的AZ31镁合金板材在高速轧制（HSR）过程中不同轧减量下的微观结构和织构演变。高速轧制在超过200 m/min的轧制速度下进行，在这种条件下，高应变率和变形诱导的加热显著改变了滑移和孪晶机制之间的竞争关系。采用电子背散射衍射（EBSD）技术系统地表征了整个轧减过程中的变形孪晶、动态再结晶（DRX）和织构演变。在低至中等轧减量（20%–40%）时，变形孪晶主导了织构演变。初始倾斜向横向（TD）的基面织构促进了特定的{10–12}扩展孪晶变体的优先激活，这些孪晶使六方密排（HCP）晶格的c轴重新定向至法向（ND），从而在早期变形阶段增强了ND取向的织构成分。随着轧减量进一步增加至40%–60%，发生了广泛的动态再结晶，形成了细小的再结晶晶粒，显著削弱了变形诱导的织构成分。这些细小的再结晶晶粒抑制了后续的孪晶形成，使得位错滑移成为主要的变形机制。这种转变促进了晶格的连续旋转和有利取向的再结晶晶粒的选择性生长。在最高轧减量（80%）时，再结晶比例达到约92%，尽管初始基面织构倾斜向TD，但仍形成了强烈的ND取向基面织构，这可能与再结晶后期晶格的持续旋转和ND取向再结晶晶粒的选择性生长有关。观察到的变形机制的顺序转变突显了高速轧制条件下的独特变形路径。这些发现为镁合金在高应变率轧制过程中的织构演变和控制提供了基本见解。
引言
镁（Mg）合金因其低密度、高比强度、优异的减振性能和优越的电磁屏蔽性能而受到广泛关注[1]、[2]、[3]、[4]、[5]、[6]。这些特性使得镁合金在交通运输、航空航天和电子应用领域特别具有吸引力，因为在这些领域，减轻重量和提高能源效率是关键的设计考虑因素。然而，由于六方密排（HCP）结构的晶体学限制，镁合金的板材加工仍然具有内在挑战性。在常温和中等温度下，可用于均匀塑性变形的独立滑移系数量有限，这限制了厚度的减小，并促进了应变局部化。因此，传统的镁合金轧制通常每次轧制的厚度减小量仅限于约10%–30%，需要通过多道次轧制并结合中间退火处理才能达到目标厚度[7]、[8]、[9]。这种复杂的热机械工艺增加了加工时间、能耗和制造成本，从而推动了开发能够在保持结构完整性和微观结构均匀性的同时施加更大塑性应变的替代轧制策略。
高速轧制（HSR）作为一种能够在单次轧制过程中引入大塑性应变的有效方法而崭露头角。轧制速度超过约200 m/min的情况通常被视为HSR条件，在这种条件下，施加的应变率可达到10^2 s^-1的数量级。在这种严重的变形速率下，镁合金的热机械响应与传统轧制明显不同。塑性功的快速积累导致显著的变形诱导绝热加热，而有限的热量散发时间使得有效变形温度暂时升高[10]、[11]、[12]。同时，高应变率改变了位错迁移率和晶界处的滑移传递行为。应变率加速和温度升高的共同影响改变了基面滑移、非基面滑移、变形孪晶和动态再结晶（DRX）之间的竞争平衡[13]、[14]、[15]。特别是，变形孪晶由于孪晶界的高界面传播速度而能够快速适应应变，而动态再结晶可能由于储存能量的增加和热输入而更早被激活。这些耦合效应增强了镁合金的应变适应能力，并抑制了宏观剪切的局部化，从而实现了高达50%–80%的单次轧制厚度减小——这是传统轧制方法通常无法实现的水平[11]、[16]、[17]。除了提高轧制性能外，HSR还为应变率辅助的微观结构细化和织构修改提供了新的途径，为调整镁合金板材产品的变形行为和机械性能提供了更多机会。
尽管取得了这些进展，但大多数以往的高速轧制研究都是针对具有高度理想化初始织构的镁合金板材进行的——要么是传统热轧常见的强ND取向基面织构，要么是为了控制实验而人为设计的与横向（TD）平行的基面织构[14]、[18]、[19]、[20]。尽管这些极端织构状态提供了有用的模型系统，但它们并不能充分代表实际热机械加工过程中常见的中间晶体学取向。在工业加工中，由于先前的变形历史、轧制不对称性或应变路径的变化，镁合金板材的基面常常以不同的角度倾斜于ND和TD。这种中间基面织构可以显著改变孪晶和滑移系统的激活方式，以及动态再结晶的形核和生长行为，而这些是仅通过研究端成员织构成分无法推断出来的。尽管具有倾斜基面织构的镁合金对HSR的响应具有实际意义，但迄今为止尚未对其进行系统的研究。为了隔离晶体学取向的基本作用，而不受稀土（RE）溶质或第二相颗粒的干扰，一种无RE的α-Mg合金提供了一个干净且可控的模型系统。特别是，基面织构倾斜约45°向TD，代表了一种典型的中间状态，既不同于传统轧制板材的强ND取向织构，也不同于之前HSR研究中探索的极端TD对齐织构。因此，理解这种织构在高应变率轧制条件下的变形响应对于阐明镁合金中的织构依赖性HSR行为至关重要。
在此背景下，本研究考察了具有初始基面织构倾斜约45°向TD的AZ31镁合金板材的动态变形行为、微观结构演变和织构发展。通过单次轧制实现了20%、40%、60%和80%的厚度减小，以确定这种中间织构如何影响应变增加时变形孪晶、位错滑移和动态再结晶的激活。特别强调了孪晶诱导的晶格重定向、动态再结晶驱动的晶粒细化以及滑移介导的晶格旋转在渐进变形过程中的相互作用。研究结果表明，45° TD倾斜的基面织构改变了HSR过程中这些变形机制的顺序和相对主导性。随着变形的进行，这种依赖织构的演变最终决定了高轧减量下基面织构的重建和细化。总体而言，本研究更清晰地了解了中间基面取向如何影响高应变率轧制下的微观结构和织构演变，并为HSR加工过程中镁合金板材织构的设计提供了指导。
实验程序
实验步骤
使用初始厚度为50 mm的热轧AZ31镁合金板（Mg–3.6Al–1.0Zn–0.3Mn，重量百分比）作为起始材料。在样品制备之前，将板材在400 °C下均质化24小时，然后空气冷却，以减少先前热机械加工引起的化学不均匀性。随后，通过将样品坐标系在原始板材的ND–TD平面内旋转45°，从均质化板材上加工出HSR样品。
结果与讨论
图2显示了HSR处理样品的RD–ND平面上的显微照片。在低轧减量下，仅在变形基体中局部观察到再结晶晶粒（图2a和b）。随着轧减量的增加，再结晶晶粒的出现变得越来越明显，导致整体再结晶比例显著增加（图2c）。在80%的轧减量下（图2d），微观结构几乎完全由细小的等轴再结晶晶粒组成，表明
结论
系统研究了具有初始约45° TD倾斜基面织构的AZ31镁合金板材在HSR过程中的轧减量依赖的微观结构和织构演变。主要发现总结如下：
- 1.
在低轧减量（20%–40%）下，变形主要由{10–12}扩展孪晶和随后的{10–11}–{10–12}双孪晶来适应，这得益于初始45° TD倾斜的基面织构在ND主导压缩下的作用。随着轧减量的增加
作者贡献声明
柳承允（Seoung-yooun Yu）：撰写——原始草稿，研究，正式分析，数据管理。
朴成赫（Sung Hyuk Park）：撰写——审阅与编辑，监督，研究，正式分析，概念化。
李正勋（Jeong Hun Lee）：撰写——审阅与编辑，正式分析，数据管理，概念化。
余辉（Hui Yu）：研究，正式分析。
李秀珍（Su Jin Lee）：研究，正式分析，数据管理。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了韩国国家研究基金会（NRF）的资助，该基金会由韩国政府（MSIT）提供资金支持（项目编号RS-2024-00351052和RS-2024-00450561）。
