面向双碳战略和轻量化重大需求，镁合金作为最轻的工程结构金属材料受到了广泛关注。但镁合金室温强塑性有限，限制了其进一步应用。Mg-Gd-Y系合金由于具有出色的析出强化效果而成为极具潜力的高强镁合金体系，但其成形性差、塑性通常较低。近年来，异构调控被认为是实现镁合金高强度-高塑性的有效的策略之一。由粗晶和细晶组成的混晶组织可通过粗/细晶间的相互作用产生异质结构变形诱导强化（hetero-deformation induced (HDI) stress strengthening）和硬化（HDI hardening）。然而，由于镁合金晶粒细化难度大、界面密度相对较低，HDI强化和HDI硬化效果在混晶结构中难以得到充分发挥。此外，混晶结构的形成往往伴随着独特的非均匀析出行为，其对力学性能的影响机制亟待探索。而且，高稀土含量镁合金板材制备难、易开裂，是困扰镁合金加工成形领域的瓶颈难题。

本工作以可时效强化Mg-8Gd-4Y-1Zn-0.4Zr合金为实验材料，通过大压下量衬板控轧方法成功制备了高稀土含量镁合金板材，获得含有大量超细晶的混晶组织，同时实现纳米级基面γ'析出相在粗、细晶粒中的非均匀分布。该镁合金呈现出优异的强塑性匹配，屈服强度~385 MPa，抗拉强度~420 MPa，延伸率~19%。基于滑移迹线分析、透射表征以及强化机制计算，解释了其变形机制及非均匀析出行为对力学性能的影响机制，为混晶结构镁合金晶粒组织和析出相调控方面提供参考。相关工作以题为“Developing high-strength and ductile Mg-Gd-Y-Zn-Zr alloy sheet via bimodal grain structure coupling with heterogeneously-distributed precipitates”的研究论文发表在Materials Research Letters上。论文的第一作者为查敏教授，贾海龙副教授和王慧远教授为共同通讯作者，吉林大学为第一通讯单位。

https://doi.org/10.1080/21663831.2023.2235375

图1.（a）时效硬度曲线（b）工程应力-应变曲线（c，d）力学性能对比。

图2.衬板控轧态Mg-8Gd-4Y-1Zn-0.4Zr合金微观组织。

图3.峰时效态Mg-8Gd-4Y-1Zn-0.4Zr合金微观组织。

图4.峰时效态Mg-8Gd-4Y-1Zn-0.4Zr合金中析出相形貌及成分。

图5.衬板控轧态Mg-8Gd-4Y-1Zn-0.4Zr合金粗晶内变形机制。

研究表明，通过单道次、大压下量衬板控轧可获得含有高比例超细晶的混晶组织。此外，合金中存在高密度非均匀析出的基面γ'相，即主要分布于粗晶内，这主要是由于粗晶在变形过程中积累大量位错，可为析出相提供大量形核位点。对该合金变形机制进行探究，发现强基面织构的粗晶主要开启非基面滑移（尤其是锥面滑移）来协调变形，而弱基面织构的细晶主要开启基面滑移。观察到粗晶中位于γ'相间的锥面位错多呈弓出状，表明高密度γ'相与锥面位错产生了强相互作用，意味着基面γ'相对非基面位错的阻碍效果极强。经Orowan强化公式估算，粗晶内高密度γ'相贡献的析出强化效果可达~71MPa，远高于文献报道(8-52MPa)。

综上，通过大压下量衬板控轧可获得同时具有混晶结构和非均匀分布的纳米级γ'相的多级异构Mg-8Gd-4Y-1Zn-0.4Zr合金，该合金呈现出优异的强塑性能结合。高屈服强度主要归因于大量超细晶提供的晶界强化，以及γ'相与粗晶内锥面产生的强相互作用。混晶结构镁合金中开启的多种滑移模式、HDI硬化效果以及γ'相对裂纹扩展的抑制作用，是优异塑性的主要来源。本文通过调控混晶组织以及析出相的非均匀分布，为制备高强塑性稀土镁合金板材提供了参考。

来源：Materials Research Letters，供稿 |吉林大学王慧远教授团队。