使用硬板轧制（HPR）工艺实现镁合金的高强度和高延展性

镁合金是广泛应用于轻型结构部件的理想材料。然而，镁合金塑性差，轧制难度大，轧制过程中产生的强烈织构往往导致板料成形能力差，限制了镁合金的进一步工程应用。在这里，我们报告了一种新的硬板轧制（hpr）路线，它在一次轧制过程中实现了大幅度的减少。hpr加工的mg-9al-1zn（az91）板由30-60μm的粗晶组成，具有典型的基面结构，1-5μm的细晶和200-500 nm的超细（亚）晶，后两种都具有弱化的结构。更重要的是，高性能钢筋混凝土能够同时获得高强度和均匀延性，即分别为~371 MPa和~23%。其优良性能主要归功于多模晶粒结构的协同作用和织构的弱化，前者促进了强加工硬化，而后者促进了基底滑移。HPR方法简便有效，可以避免常规轧制过程中容易发生的板裂。该方法适用于镁合金等难变形材料，具有良好的工业应用前景。

由于迫切需要节能的工程系统，镁合金越来越多地被用于轻质结构材料。近十年来，随着等径角挤压（ECAP）、差速轧制（DSR）和累积轧制（ARB）等严重塑性变形（SPD）技术的应用，超细镁合金的研究越来越受到重视。在镁合金中确实会产生很好的强化作用；然而，它们通常会导致过早的断裂，并导致室温下的低延展性。例如，经ECAP处理的镁9Al-1Zn合金的极限拉伸强度高达410 MPa，但其总延伸率仅为8.5%。这种延展性的缺点限制了镁合金在工程上的广泛应用。

提高镁合金的室温塑性是超细晶镁合金的重要要求。一种方法是通过减弱纹理来激活基底滑动活动。然而，由于纹理软化效应，这种方法通常会降低低于起始材料水平的强度。纳米颗粒在超细晶粒内部分散是一种同时提高材料强度和延展性的有效途径。虽然获得了明显的强化，但延长的延伸率仍然不足。造成这种现象的一个主要原因是细/超细和高纹理颗粒内部的变形系统有限。Consid_re准则表明，除非存在具有适当尺寸和体积分数的较大颗粒，否则超细颗粒材料容易发生塑性失稳。事实上，双峰晶粒结构在某些超细晶材料如铜、镍、铝和钛铝中得到了成功的制备，从而得到了良好的增韧效果。

镁合金的变形机理取决于晶粒尺寸和晶体学取向的结合。因此，为了提高镁合金板的延性，不仅需要产生含有大颗粒和细颗粒混合物的结构，还需要削弱板的纹理。然而，由于镁合金塑性差，易氧化，传统的制备方法很难同时获得双峰晶粒结构和弱织构。因此，我们迫切需要开发一种新的镁合金制备技术。

传统的镁合金轧制技术通常采用多道次轧制，每道次压下量相对较小，这有利于实现均匀的变形、均匀的晶粒结构和强烈的织构，但不利于获得高塑性薄板。相比之下，单道次大压下轧制会导致不均匀变形，从而有可能实现双峰或多模晶粒结构，并削弱织构。然而，由于轧制方向的剪切力（Rd）非常大，镁合金板极易产生裂纹，因此这种轧制技术很难用于生产。为了减小RD中的剪切力，我们提出了一种硬板轧制（hpr）技术（见图1），即将试样夹在两块硬板之间，然后轧制夹层结构，将沿RD的剪切应力部分转化为沿法向压缩应力。在（nd）上，熟练解决轧制过程中出现的裂纹问题。