輕質鎂合金是交通運輸、航空航天及國防軍工等領域重要的輕量化材料。具有密排六方結構的鎂合金在室溫下易于啟動的滑移系少，各向異性強，變形行為復雜。鎂合金在塑性加工過程中易形成強織構，大量研究表明織構顯著影響鎂合金的變形行為、力學性能及強度，尤其是易于引起顯著的拉伸-壓縮屈服不對稱性，使服役在一側率先失效。國內外學者圍繞如何降低鎂合金拉壓屈服不對稱性已經做了大量的研究工作，研究表明鎂合金拉壓屈服不對稱性主要與{10-12}拉伸孿晶的活性有關。相比于非基面滑移，其臨界啟動應力要低很多，如果拉伸和壓縮變形過程由啟動應力相差較大的變形機制主導變形，將引起強烈的不一致性。目前降低這種不對稱性的方法包括細化晶粒，弱化織構，制備雙峰晶粒組織等，但由于加工難度等原因，并不適用于工業生產。近年來通過引入預置拉伸孿晶結合退火處理的方法，研究者成功制備出雙織構組分鎂合金，但目前關于雙織構組織對拉伸壓縮屈服不一致性方面尚缺乏系統的定量化研究。

最近，揚州大學趙玲玉副教授課題組采用預壓縮引入一次拉伸孿晶并結合退火處理的方法，在AZ31鎂合金中制備了兩種織構組分呈不同比例分布的雙織構鎂合金。通過對不同織構組分鎂合金進行拉伸和壓縮力學試驗，發現所有雙織構樣品的拉壓屈服不對稱性均得到不同程度的弱化，其中當TD織構與ND織構占比分別為55%和24%時，拉伸屈服強度基本與壓縮屈服強度一致，幾乎消除了屈服不對稱性。該研究通過分析晶內強度與晶界強度（孿生/滑移之間的啟動應力差(△stress)以及相鄰晶粒之間的幾何相容性因子(m’)）揭示了拉壓屈服不對稱的織構依賴性，為后續拉壓屈服不對稱性的研究提供新的理論依據。

本文系統研究了AZ31軋制板材通過預置拉伸孿晶結合退火的工藝對鎂合金組織的影響，結果如圖1所示。軋制板材的初始織構是典型的基面織構，晶?；S大多數平行于ND，同時柱面沒有擇優取向。經過TD方向不同變形量的壓縮，組織中出現大量{10-12}拉伸孿生，從極圖中可以看出，壓縮后的樣品出現了基軸平行于ND和基軸平行于TD兩種織構組分，這是由于{10-12}孿生可以使晶粒旋轉~86.3°。隨著TD方向壓縮變形量的增大，TD織構的比例隨之增大。經過250 ℃退火3 h后，孿晶組織消失，得到了完全再結晶的均勻組織。退火消除了拉伸孿晶組織，但是孿晶的取向可以絕大部分保留，這也為雙織構的制備提供了可能。由退火前后的XRD表征結果可知，退火后樣品仍然呈明顯雙織構組分（TD織構與ND織構），TD織構和ND織構組分占比略有變化。 

圖1 退火前后樣品的XRD極圖

不同雙織構組分樣品力學性能上的拉壓屈服不對稱性結果如圖2所示。ST樣品是沿ND方向進行7%冷軋（無TD壓縮）并在250 °C下退火3小時的樣品, 而BT1樣品（即雙峰織構樣品）、BT2樣品、BT3樣品、BT4樣品是分別沿TD壓縮2.5%、3.8%、5.4%、7.0%。ST和BT1樣品的拉伸屈服應力遠高于壓縮屈服應力，BT3和BT4的屈服應力則相反。BT2樣品的拉伸壓縮屈服應力相似，比值幾乎為1。為了進一步了解屈服應力與織構組分之間的聯系，這里構建了一個線性關系式，沿TD拉伸變形屈服強度與TD織構組分占比關系為：

而壓縮變形時此關系式為：

這個線性關系粗略解釋了力學性能隨織構變化的變化。

圖2 樣品力學性能與拉壓不對稱性

為了進一步揭示織構分布對拉壓屈服不對稱性的影響，每組樣品選擇了400多個晶粒，通過Matlab計算了各個晶粒在拉伸和壓縮應力下的變形模式，結果如圖3所示。沿TD壓縮時，ST樣品中發生{10-12}孿生的晶粒占比達到89%，發生孿晶的晶粒占比按BT1、BT2、BT3、BT4的順序依次降低。沿TD拉伸時，除了基面滑移和{10-12}孿生外，柱面滑移也被激活。在拉應力作用下，隨著TD織構占比增加，柱面滑移活性升高，拉伸孿晶活性相對下降。晶粒內部孿晶和滑移激活的差異造成了晶粒內部屈服的不同，柱面滑移活性的增加和{10-12}孿晶活性的減少會引起屈服的上升。

圖3 幾種不同樣品沿TD方向壓縮和拉伸時的主導變形機制

除了對晶內強度的分析，界面強度主要表現為對變形傳遞的阻礙作用，這種阻礙作用可通過變形傳遞的啟動應力差(△stress)和幾何相容性因子(m’)來表示（已有文獻報道）。結果如圖4和5所示。拉伸變形主要啟動了基面滑移（B）、拉伸孿生（T）、柱面滑移（P）機制，因此這里統計了相鄰晶粒中B-B、T-T、B-T和B-P傳遞的占比。壓縮變形時，晶粒所啟動的變形機制主要為基面滑移（B）和拉伸孿生（T），因此需要考慮三種變形傳遞模式：B-B、T-T以及B-T傳遞。拉伸和壓縮變形時相鄰晶粒間主導變形模式傳遞所占的比例也做了相應統計。ST和BT1樣品在壓應力作用時平均△stress比在拉應力下的小的多，而BT3和BT4樣品則相反。壓縮時ST和BT1樣品的平均m’值要高于拉應力下的m’值，BT3和BT4樣品依然相反。較低的m’值和較高的△stress值會產生較高的邊界阻礙效應。BT2樣品在拉伸和壓縮時，具有相近的平均△stress值和平均m’值，這意味著BT2樣品在拉伸和壓縮時具有相似的晶界阻礙效應。同時對于晶內強度，BT2在拉伸和壓縮時孿生活性也接近，因此BT2表現為良好的拉壓屈服對稱性。

圖4 樣品沿TD方向壓縮和拉伸時的△stress分布圖

圖5 樣品沿TD方向壓縮和拉伸時的m’值的分布

綜上所述，本研究通過定量調控ND織構和TD織構分布，發現當ND織構占比~24%，TD織構占比~55%時，拉壓屈服強度比值約為1。通過定量分析滑移/孿生活性以及相鄰晶粒間△stress值和m’值，很好的解釋了雙織構組織對拉壓屈服的影響，為后續鎂合金拉壓屈服不對稱性的研究提供了理論支持。

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