镁合金因较高的变形各向异性与较差的成形能力极大地限制其在工程中的应用。研究表明，微合金化与晶粒细化可显著影响镁合金的变形机制与力学行为，例如激活非基面滑移、变形孪晶等，以及出现屈服点现象和加工硬化行为等。充分研究上述力学行为与变形机制可实现镁合金力学性能的主动调控。在报道的镁稀土合金中，屈服点现象被认为与溶质钉扎现象有关。而在挤压镁合金的压缩实验中，屈服点现象被认为与变形孪生的激活有关。值得注意的是，镁合金的屈服点现象往往展示出明显的晶粒尺寸效应，如何从应变角度理解这一现象仍存在争议。同时，报道显示屈服点现象的出现往往伴随着较低的延伸率。这是因为细晶样品的加工硬化能力普遍较差。然而，最近的研究报道了超细晶镁合金样品中存在大量非基面滑移的激活，这种附加的变形机制可显著提升镁合金的强塑性匹配。然而，关于镁合金中多滑移系，包含基面滑移与非基面滑移的交互作用仍需深入研究。

针对上述问题，信运昌教授团队选择不同晶粒尺寸的Mg-3Gd样品为研究对象，分析了屈服点现象和加工硬化行为的晶粒尺寸效应。结果显示，细晶样品的应力-应变曲线显示出较高的屈服强度、较高的加工硬化和较大的伸长率。此外，研究团队从应变演变的角度分析了Mg-3Gd合金的变形行为和力学响应。联合宏观拉伸DIC和同步辐射高能X射线衍射原位加载技术，研究了不同应变过程，局部应变分布和晶格应变的演变过程。同时，通过EBSD和TEM技术研究了拉伸变形过程中的微结构演变和变形机理，从微结构和变形机理的角度揭示了屈服点现象和加工硬化响应的起源。

这一重要研究成果以题“On the microstructural origin of yield point phenomenon and high work-hardening response in fine-grained Mg-3Gd alloy”，于近日刊登在金属材料期刊Journal of Materials Science & Technology上，罗旋副教授为第一作者，信运昌教授为该论文通讯作者。这项工作有望为高强韧镁合金的设计制备提供指导。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2024.12.008

图1 不同微结构Mg-3Gd合金的力学行为

图2 细晶样品不同应变量的位错结构分析