通过耦合调控织构与LPSO相分布抑制基面裂纹扩展以提升Mg-RE-Zn合金断裂韧性的研究

这篇研究通过热机械加工制备了具有相同织构类型但不同强度的Mg-RE-Zn合金，系统研究了长周期堆垛有序(LPSO)相分布与晶体学织构对断裂韧性的协同调控机制。创新性地提出基于扭转角φ和几何相容因子m?的断裂韧性预测模型，揭示了条带状LPSO相较块状相更能促进裂纹偏转的微观机制，为轻量化结构材料的强韧化设计提供了新思路。

　　

Highlight

损伤敏感的LPSO相促进曲折裂纹路径

先前研究表明α-Mg/LPSO和LPSO/LPSO界面极易受损，这种特性反而能有效促进裂纹路径曲折化、缓解隧道效应并增强外在增韧效果。本研究通过将LPSO相调控为条带状和致密块状两种形态，系统探究了其对裂纹扩展抗力的影响。

如图6所示，含有条带状LPSO相的E931和E932合金中，裂纹路径展现出显著的曲折特征。这种形态的LPSO相通过两种机制增强韧性：(1)作为脆性相优先开裂形成微裂纹；(2)改变局部应力场促使主裂纹偏转。相比之下，块状LPSO相由于间距较大且取向随机，对裂纹的阻碍作用较弱。值得注意的是，当裂纹遇到密集分布的条带状LPSO相集群时，会产生明显的分支现象，这种三维裂纹网络能有效耗散断裂能量。

Conclusions

本研究揭示了晶体学织构和LPSO相分布对镁合金基面裂纹扩展时断裂韧性的影响机制。通过不同热机械加工方法制备了具有相同织构类型但强度各异、且LPSO相分布/体积分数不同的合金系列。三点弯曲测试结合EBSD数据分析表明：

1. 当LPSO体积分数<8%且晶粒尺寸>20μm时，扭转角φ与断裂韧性呈强线性相关；

2. 条带状LPSO相较块状相更能促进裂纹偏转和二次裂纹形核；

3. 建立的基于φ和m?的预测模型可有效评估织构化镁合金的断裂抗力。