导读：大塑性变形（SPD）是一种有效的增强金属和合金的变形应变。然而，由于镁合金的低变形性，这种方法并不适用于镁合金。针对这一问题，本文提出了一种新的低应变强化方案，即通过室温下旋转锻造（RS）在粗晶粒内部引入大量孪晶和层错，成功地制备了一种具有新的强度记录的超轻块状Mg-Li合金，其室温抗拉强度可达到405MPa,在目前的研究中具有明显的优势。

镁锂合金由于具有超低密度、优异的成形性、良好的阻尼性能和可循环利用性等优点，在航空航天、电子、军事等领域成为结构应用的候选金属。轻的Li元素的加入不仅可以减少他们的密度，也通过激活<c + a>滑移显著提高成形性。虽然Mg-Li合金是最轻的金属结构材料，但随着Li含量的增加，合金的相变会导致其机械强度较低，强度基本在250 MPa以下，从而抑制了其广泛的工业应用。

为了克服这一缺点，研究学者提出了许多增强Mg-Li合金的方法，包括严重塑性变形（SPD），固溶强化和析出相强化。除强化作用外，SPD技术还可增强Mg-Li-Al合金的耐蚀性。尽管SPD技术（如挤压、轧制、等通道角挤压和高压扭转）可以施加高达数百的应变，但由于HCP Mg-Li合金的饱和位错积累和/或有限的塑性，对块体Mg-Li合金的强化效果相当有限。此外，这些SPD技术通常昂贵、复杂和效率低下；生产的样品的最大尺寸是厘米级甚至毫米级，难以制备大尺寸合金。

已有的纳米级孪晶可以显著增强金属强度，同时保持相当大的塑性和加工硬化，因为孪晶边界（TBs）阻碍作为遵循经验霍尔-佩奇关系的位错运动。此外，Mg-Li合金还可以通过双孪晶和CTW-层错（SFs）结构进行强化。在高应变下，镁合金发生的变形孪晶不可避免地引入剪切局部化和应力集中。因此，如何在不发生剪切局部化或应力集中的情况下，在Mg-Li合金中引入高密度的孪晶和SFs，提高其强化效果仍然是一个技术难题。

旋转锻造（RS）-一种广泛使用的工业方法——可以产生高达100 s1的变形应变速率，也可以产生来自模具冲击的高静压应力。因此，我们认为即使是低应变的RS也可能有利于Mg合金引入高密度的孪晶，同时避免TBs附近的应力集中。此外，RS成本低，效率高，允许在每一个道次施加小的应变。

基于此，南京理工大学陈翔教授团队采用小应变旋锻技术在室温下对Mg-4Li基合金进行加工。系统研究了Mg-4Li合金模压成形后的力学性能和组织演变规律，并通过微观组织分析对其强化机理进行了评价。通过室温下旋转锻造（RS）在粗晶粒内部引入大量孪晶和层错，成功地制备了一种具有新的强度记录的超轻块状Mg-Li合金，其室温抗拉强度可达到405MPa，在目前的研究中具有明显的优势。相关研究成果以题“Achieving ultra-strong Magnesium–lithium alloys by low-strain rotary swaging”发表在期刊Materials Research Letters上。

论文链接https://doi.org/10.1080/21663831.2021.1891150

RS的工作原理如图1（a）所示，原始和RS处理样品的图片如图1（b）所示。在锻压过程中，四个模具均匀地排列在Mg-Li棒材的圆周上，并围绕棒材高速旋转，同时沿径向进行高频短程冲压。结果表明，冲击模的高应变率和低应变使CG Mg-Li合金的显微硬度（约为75 HV）提高到100 HV以上，并最终沿半径形成v形分布，其室温抗拉强度可达到405MPa。

图1 锻造Mg-Li合金的力学性能。（a） RS技术示意图。（b）接收样品和RS处理样品的图片。（c）从原始和锻造Mg-Li合金棒的中心到边缘沿径向测量的维氏显微硬度，其中两个区域被区分为I和II。（d）原始和RS处理样品的典型拉伸曲线。插图为断裂拉伸试样。（e）通过文献中不同的SPD技术，比较本研究中不同Mg-Li-X合金（X：合金元素）的抗拉强度和断裂伸长率。ECAP等通道角压，ARB累积轧制结合。（f）不同强化机制下的Mg-Li-X合金中Li含量与UTS的关系图。

图2 原始态和锻造态Mg-Li合金的形貌、相组成和取向图。（a，b） （a）接收和（b）RS处理的Mg-Li样品的典型SEM图像；（b）中的黄色箭头表示新形成的片层结构。（c）相组成的XRD表征。（d）经RS处理的Mg-Li样品的EBSD取向图。插图为色标，红色、绿色和蓝色分别表示晶粒具有<00.1>、<21.0>和<10.0>取向。（e）RS处理样品对应的取向差分布。

图3 RS处理的Mg-Li合金中位错运动。（a，b）纵向边缘截面上拍摄的典型变形微结构的TEM照片。插图显示了SAED模式。（c-f）在区轴线附近使用不同衍射矢量在双光束条件下的亮场和暗场TEM图像。（c，d） （f）（e）中选定区域的放大图像。（c）和（d）中的黄色直线突出（0001）基面轨迹。

图4 （HR）TEM揭示了孪晶和SFs强化机制。（a-c）RS处理的Mg-Li合金中的层状结构的低放大倍数的TEM图像和相应的SAED图。（d）HRTEM图和相应的FFT图展示了在孪晶中的SFs。（e）层状晶粒中SFs的HRTEM图像和相应的快速傅里叶反变换（IFFT）图像；（f）孪晶和SFs的宽度变化；（g，h）SFs原子尺度TEM图像及相应GPA分析。

综上所述，在室温条件下，本文用RS技术成功制备了高强度CG HCP Mg-Li合金。有趣的是，在低应变锻造过程中晶粒内部产生了大量孪晶和SFs，这有效了阻止位错的运动和保持了应变硬化。考虑到低成本和简便的工艺，我们预计大块超轻Mg-Li合金的工业应用将大大加快。