镁合金是最轻的金属结构材料，具有高的比强度和比刚度、优异的阻尼性能和易回收等优点，有利于实现装备轻量化，被广泛应用于航空航天、国防军工和交通运输等领域。采用铸造或传统塑性加工方法制备的镁合金构件往往存在组织不均匀和力学性能差等缺点，限制了其工业化应用。剧烈塑性变形技术（SPD）是以增大累积应变量的方式来实现晶粒细化和织构弱化，进而促进力学性能的提升和各向异性的改善，现有SPD工艺虽然能够显著细化晶粒，但大多工序复杂、生产成本高而且只能制备具有规则形状的块状试样。

最近，中北大学王强教授课题组提出了开口凸模旋转挤压成形新方法（图1），实现了镁合金剧烈塑性变形与构件成形的统一。开口凸模旋转挤压工艺的变形机制主要包括“剪切变形”和“累积变形”，模具的旋转能够促使坯料受到剪切应变；凸模端面的开口凹槽可以使金属完成“压入-压出”的循环累积变形，最终能够提高合金整体应变量和变形均匀性（图2）。旋转挤压成形技术结合了传统挤压和扭转变形两种工艺优势，为镁合金构件高性能、低成本成形提供了一种新方案。

图1 旋转反挤压工艺示意图

图2 两种不同工艺下AZ80镁合金等效应变图

本文系统研究了两种不同工艺下AZ80镁合金组织演变规律（图3）。在653K条件下，旋转反挤压变形(RBE)能够显著细化晶粒，提升动态再结晶占比，加剧第二相的破碎和细化，促进金属流动并消除传统反挤压变形(CBE)中的“变形死区”，相比于CBE，RBE杯形件底部区域A的平均晶粒尺寸降幅约为88.6%，而动态再结晶的增幅可达55.3%。但是，RBE变形也会产生更多的变形热，导致杯形件成形区的晶粒发生静态回复并长大。

此外，RBE能够通过促进动态再结晶的产生，增加大角度晶界（HAGB）数量，引起合金平均晶界取向差的提升，而当应变量持续增加时，又会促使新生动态再结晶晶粒内部位错密度和小角度晶界（LAGB）数量的增加，导致平均晶界取向差的降低；而RBE杯形件成形区内的静态回复会导致HAGB晶粒的长大，促使平均晶界取向差的增加。

图3 两种不同工艺下AZ80镁合金微观组织EBSD图

重点研究了不同工艺下AZ80镁合金织构演化规律，结果如图4所示。RBE变形能够促进<c+a>锥面滑移系的开启，导致杯形件底部区域A中再结晶晶粒的c*轴绕ED发生偏转，从而弱化了合金织构；然而在底部区域B中，持续的变形会使已发生偏转的晶粒重新聚集在ED方向，又会导致织构的强化；杯形件剪切部位区域D中，CBE变形能够形成基面垂直于剪切面的T1织构和{11-22}锥面平行于剪切面的T2织构，但是RBE变形仅会形成T1织构并具有[10-10]-[2-1-10]//ND的双柱面取向；杯形件壁部区域F中，RBE试样形成了晶粒c*轴平行RD的基面织构，同时具有较强的[2-1-10]//ND柱面取向，这可能与具有<11-20>柱面取向晶粒更易长大有关。

图4 两种不同工艺下AZ80镁合金微观织构图

本研究还探索了不同变形工艺下AZ80镁合金显微硬度的演变规律，如图5所示。结果表明，RBE的硬度值均大于相应CBE试样，而且内侧区域（区域A，D和F）的显微硬度值增幅均大于相应外侧区域（区域B，E和G），其中内侧区域的增幅分别约为13.4%、8.6%和4.4%，表明RBE变形能够显著提升合金的显微硬度值，而且该区域合金的变形量越大，相应的显微硬度值增幅就越大。此外，杯形件剪切部位区域E中较低的显微硬度值则与变形织构有关，其中与压缩方向成45°的晶粒取向将有利于基面滑移的开启，从而导致了较低的显微硬度值。

图5 两种不同工艺下AZ80镁合金显微硬度图

综上所述，本研究提出的开口凸模旋转挤压新工艺，能够提高镁合金变形均匀性和变形量，同时细化镁合金晶粒和弱化织构，从而有效增强了镁合金的力学性能，这为实现镁合金构件成形成性一体化的制造提供理论基础，同时对推动旋转挤压剧烈塑性变形技术的发展具有重要意义。

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