镁合金是目前最轻的金属结构材料,在汽车、航空、航天和3C产品等领域拥有广阔的应用前景。然而,镁合金的大规模应用却受到很大限制,这主要是由于镁合金室温塑性差、强度低。因此,提高镁合金的强塑性成为当下研究镁合金的热点。有研究表明,在镁合金中引入高密度细小的孪晶可以强韧化镁合金。如能有效控制孪晶的形核与长大,就可以调控孪晶的数量和尺寸,从而调控镁合金的变形行为和机械性能。在镁合金的所有孪生模式中,{10-12}拉伸孪生是最容易激活的。对于具有强烈基面织构的镁合金棒材,沿着ED方向压缩有利于{10-12}拉伸孪晶启动,随着压缩应变水平的增加,孪晶尺寸增加;当沿着ED方向反向拉伸加载时,原来的孪生区域则将发生退孪生,并随着反向加载应变水平的不同,发生部分孪晶消退而残留下一定数量的孪晶。这意味着,应变水平和应变路径会影响孪晶的尺寸和数量,因而通过控制加载条件(应变水平和应变路径)在镁合金中引入高密度细小的孪晶是可行的。另一方面,退火处理可以使得溶质原子在孪晶界处偏聚,从而阻碍孪晶界的迁移。因此,对于在适当加载条件下获得的高密度细小孪晶加以适当的退火处理,将可以进一步调控孪晶界面的运动能力,从而调控孪晶的尺寸和数量,进而达到提高镁合金性能的目的。基于此思路,本文以挤压退火态Mg-0.087Mn(wt%)合金棒材为实验材料,沿着挤压方向在不同应变水平下(最大4%)进行压缩和压缩-拉伸测试。从统计的角度系统分析了加载条件(应变水平和应变路径)对孪晶特征参量(孪晶厚长比和孪晶发生率)的影响,试图找到获得高密度细小孪晶的最佳加载条件。同时还探究了预变形及退火处理对后续孪晶特征参量的影响。主要结论如下:(1)应变水平对孪晶厚长比和孪晶发生率具有显著影响。在压缩过程中,孪晶尺寸随压缩应变量的增加而增厚,孪晶数量随压缩应变量的增加而增加。在压缩-拉伸过程中,孪晶尺寸和数量随累积压缩应变量的减小而逐渐降低。(2)当累积压缩应变水平较低时(低于4%),与单独的压缩变形相比压缩-拉伸变形能够获得更为细小的孪晶。此外,在累积压缩应变水平为0%和1%的压拉变形下,残留孪晶的尺寸在一定程度上依赖于初始压缩应变水平,即初始压缩应变水平越小,残留孪晶越细长。在累积压缩应变水平为2%的压拉变形下,初始压缩应变水平对残留孪晶的尺寸影响不大。当累积压缩应变水平较高时(达到4%),无论何种路径都不利于获得细小的孪晶。当累积压缩应变水平为1%、2%和4%时,应变路径对孪晶发生率几乎没有影响。只有当累积压缩应变水平为0%时,应变路径对于孪晶发生率具有显著影响,即随着初始压缩应变水平的增加,孪晶发生率增加(1#-2-0试样,1#-4-0试样,1#-6-0试样孪晶发生率分别为0,0.25和0.35)。(3)对于1#-2-1试样,孪晶厚长比在0.05-0.1和0.1-0.15范围内的孪晶百分数分别为26%和37%,孪晶厚长比在≥0.2范围内的孪晶百分数为13%,孪晶发生率为0.55。因此,高密度细小的孪晶可以在1#-2-1试样的加载条件下获得(首先压缩至塑性应变量为2%,然后反向拉伸至累积压缩应变量为1%)。(4)对于1#-2-0,1#-4-0,1#-6-0三种压拉预变形试样再压缩至累积应变量为1%时,1#-2-0-1试样和1#-6-0-1试样可获得尺寸细小密度较高的孪晶组织。退火处理使得1#-2-0试样再压缩变形后的孪晶尺寸有所细化,使得孪晶发生率显著降低。退火处理使得1#-4-0试样和1#-6-0试样再压缩变形后的孪晶尺寸增厚,但对孪晶发生率几乎没有影响。(5)对于1#-2-0,1#-4-0,1#-6-0三种压拉预变形试样再压缩至累积应变量为2%时,1#-6-0-2试样可获得尺寸较为细小密度较高的孪晶组织。退火处理使得1#-2-0试样再压缩变形后的孪晶尺寸略微增厚,使得孪晶发生率显著降低。退火处理使得1#-4-0试样再压缩变形后的孪晶尺寸增厚,但对孪晶发生率影响不大。退火处理对1#-6-0试样再压缩变形后的孪晶尺寸和数量几乎没有影响。(6)对于1#-2-1,1#-4-1,1#-6-1三种压拉预变形试样再压缩至累积应变量为2%时,1#-6-1-2试样可获得尺寸较为细小密度较高的孪晶组织。退火处理对1#-2-1试样再压缩变形后的孪晶厚长比几乎没有影响,但使得孪晶发生率显著降低。退火处理对1#-4-1试样和1#-6-1试样再压缩变形后的孪晶尺寸和数量几乎没有影响。(7)对于1#-6-0,1#-6-1,1#-6-2三种压拉预变形试样再压缩至累积应变量为4%时,1#-6-1-4试样和1#-6-2-4试样可获得尺寸较为细小密度较高的孪晶组织。在这种累积压缩应变水平下,退火处理对三种压拉预变形试样再压缩后的孪晶尺寸和数量几乎没有影响。