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镁镁合合金金塑塑性性变变形形机机制制研研究究

引引言言

镁合金因其低密度、高比强度、优异的电磁屏蔽性能和物相容性，在航空航天、汽车制造、医疗器械等领域具有广泛应用前

景。然而，镁合金的密排六方（HCP）晶体结构导致其室温塑性变形能力较差，限制了其在工程实践中的推广。近年来，围

绕镁合金塑性变形机制的研究成为材料科学领域的热点。本文系统梳理镁合金塑性变形的主要机制及其影响因素，旨在为优化

镁合金加工工艺和性能提供理论依据。

一一、、镁镁合合金金的的晶晶体体结结构构与与变变形形特特点点

（（一一））密密排排六六方方（（HCP））结结构构的的本本征征特特性性

镁合金的HCP结构具有三个主要滑移系：基面滑移（BasalSlip）、柱面滑移（PrismaticSlip）和锥面滑移（Pyramidal

Slip）。其中，基面滑移的临界分切应力（CRSS）最低（约0.5MPa），是室温下主要的滑移方式；而柱面滑移和锥面滑移

的CRSS较高（分别约为30MPa和40MPa），需在高温或高应力条件下才能激活。这种各向异性导致镁合金在变形过程中容

易产应力集中和裂纹萌。

（（二二））滑滑移移与与孪孪的的协协同同作作用用

当基面滑移无法满足塑性变形需求时，镁合金会通过机械孪（DeformationTwinnin）协调应变。常见的孪类型包括：

{10-12}拉伸孪（TensionTwin）、{10-11}压缩孪（CompressionTwin）和二次孪（DoubleTwin）。孪过程可改变晶

粒取向，促进非基面滑移系的启动，从而提高变形能力。

二二、、镁镁合合金金塑塑性性变变形形的的主主要要机机制制

（（一一））滑滑移移机机制制

1.基面滑移：沿（0001）11-20方向滑移，主导室温变形。但由于仅有三个等效滑移系，难以满足vonMises准则（需五

个独立滑移系），导致塑性各向异性。

2.柱面滑移：沿{10-10}11-20滑移，高温下（200℃）活性显著增强，可提高多滑移协调性。

3.锥面滑移：沿{11-22}11-23滑移，需更高能量激活，但对多向变形贡献显著。

（（二二））孪孪机机制制

1.{10-12}拉伸孪：常见于c轴受拉应力时，可产约6.4%的应变，改善晶粒取向分布。

2.{10-11}压缩孪：在c轴受压时启动，促进非基面滑移系的激活。

3.孪晶交互作用：二次孪（如{10-12}→{10-11}）可协调局部应力集中，延缓裂纹扩展。

（（三三））动动态态再再结结晶晶（（DRX））

高温变形时，镁合金通过动态再结晶细化晶粒，提升塑性。主要机制包括：

连续动态再结晶（CDRX）：通过位错累积形成亚晶界，逐渐演变为大角度晶界。

不连续动态再结晶（DDRX）：通过晶界弓出和晶粒形核实现快速再结晶。

三三、、影影响响塑塑性性变变形形的的关关键键因因素素

（（一一））晶晶体体取取向向与与织织构构

镁合金的初始织构显著影响变形模式。例如，挤压板材通常具有基面//挤压方向的强织构，导致横向塑性差；而通过交叉轧制

或等径角挤压（ECAP）可弱化织构，改善各向同性。

（（二二））温温度度与与应应变变率率

温度效应：升温（200℃）可降低非基面滑移的CRSS，促进柱面滑移和锥面滑移。

应变率敏感性：高应变率下（如爆炸成形），绝热温升效应可能局部激活非基面滑移，但同时也可能引发动态回复不足导致的

脆性断裂。

（（三三））合合金金元元素素与与第第二二相相

稀土元素（如Y、Gd）：通过固溶强化和形成长周期堆垛有序（LPSO）相，提升高温强度和塑性。

纳米析出相（如M17Al12）：钉扎位错运动，但同时可能阻碍孪过程，需通过时效处理优化析出相尺寸与分布。

四四、、塑塑性性变变形形机机制制的的实实验验表表征征

（（一一））原原位位EBSD分分析析

电子背散射衍射（EBSD）技术可实时观测变形过程中晶粒取向变化、孪行为及动态再结晶过程。例如，通过EBSD相图可

量化{10-12}孪晶的体积分数与空间分布。

（（二二））同同步步辐辐射射X射射线线衍衍射射

高能同步辐射X射线可穿透试样厚度，分析多晶材料内部应力分布和滑移系激活情况，尤其适用于研究三维应力状态下的变形

机制。

（（三三））分分子子动动力力学学模模拟拟

原子尺度模拟揭示位错形核、孪界面迁移等微观过程。例如，模拟显示位错在锥面滑移中通过分解为部分位错实现滑移。

五五、、塑塑性性变变形形机机