使用硬板軋制（HPR）工藝實現鎂合金的高強度和高延展性

鎂合金是廣泛應用于輕型結構部件的理想材料。然而，鎂合金塑性差，軋制難度大，軋制過程中產生的強烈織構往往導致板料成形能力差，限制了鎂合金的進一步工程應用。在這里，我們報告了一種新的硬板軋制（hpr）路線，它在一次軋制過程中實現了大幅度的減少。hpr加工的mg-9al-1zn（az91）板由30-60μm的粗晶組成，具有典型的基面結構，1-5μm的細晶和200-500 nm的超細（亞）晶，后兩種都具有弱化的結構。更重要的是，高性能鋼筋混凝土能夠同時獲得高強度和均勻延性，即分別為~371 MPa和~23%。其優良性能主要歸功于多模晶粒結構的協同作用和織構的弱化，前者促進了強加工硬化，而后者促進了基底滑移。HPR方法簡便有效，可以避免常規軋制過程中容易發生的板裂。該方法適用于鎂合金等難變形材料，具有良好的工業應用前景。

由于迫切需要節能的工程系統，鎂合金越來越多地被用于輕質結構材料。近十年來，隨著等徑角擠壓（ECAP）、差速軋制（DSR）和累積軋制（ARB）等嚴重塑性變形（SPD）技術的應用，超細鎂合金的研究越來越受到重視。在鎂合金中確實會產生很好的強化作用；然而，它們通常會導致過早的斷裂，并導致室溫下的低延展性。例如，經ECAP處理的鎂9Al-1Zn合金的極限拉伸強度高達410 MPa，但其總延伸率僅為8.5%。這種延展性的缺點限制了鎂合金在工程上的廣泛應用。

提高鎂合金的室溫塑性是超細晶鎂合金的重要要求。一種方法是通過減弱紋理來激活基底滑動活動。然而，由于紋理軟化效應，這種方法通常會降低低于起始材料水平的強度。納米顆粒在超細晶粒內部分散是一種同時提高材料強度和延展性的有效途徑。雖然獲得了明顯的強化，但延長的延伸率仍然不足。造成這種現象的一個主要原因是細/超細和高紋理顆粒內部的變形系統有限。Consid_re準則表明，除非存在具有適當尺寸和體積分數的較大顆粒，否則超細顆粒材料容易發生塑性失穩。事實上，雙峰晶粒結構在某些超細晶材料如銅、鎳、鋁和鈦鋁中得到了成功的制備，從而得到了良好的增韌效果。

鎂合金的變形機理取決于晶粒尺寸和晶體學取向的結合。因此，為了提高鎂合金板的延性，不僅需要產生含有大顆粒和細顆粒混合物的結構，還需要削弱板的紋理。然而，由于鎂合金塑性差，易氧化，傳統的制備方法很難同時獲得雙峰晶粒結構和弱織構。因此，我們迫切需要開發一種新的鎂合金制備技術。

傳統的鎂合金軋制技術通常采用多道次軋制，每道次壓下量相對較小，這有利于實現均勻的變形、均勻的晶粒結構和強烈的織構，但不利于獲得高塑性薄板。相比之下，單道次大壓下軋制會導致不均勻變形，從而有可能實現雙峰或多模晶粒結構，并削弱織構。然而，由于軋制方向的剪切力（Rd）非常大，鎂合金板極易產生裂紋，因此這種軋制技術很難用于生產。為了減小RD中的剪切力，我們提出了一種硬板軋制（hpr）技術（見圖1），即將試樣夾在兩塊硬板之間，然后軋制夾層結構，將沿RD的剪切應力部分轉化為沿法向壓縮應力。在（nd）上，熟練解決軋制過程中出現的裂紋問題。