镁基复合材料比镁合金具有更高的比强度、比刚度以及更为优良的耐磨性和耐高温性能。目前，新型镁基复合材料开发和拓展使用已成为我国先进基础材料轻量化发展的重要方向之一。密排六方镁基体结构中可用滑移系少，塑变时易形成强基面织构，导致材料低的塑性变形能力（尤其室温成形性）和高的性能各向异性。因此，织构调控是变形镁基复合材料制备和应用的关键。

动态再结晶是弱化基面织构的主要方法之一。与晶界、孪晶以及剪切带再结晶机制相比，增强相的质点诱发形核（Particle-stimulated nucleation, PSN）再结晶机制可产生更加随机的晶粒取向，更利于织构弱化，同时还可起到颗粒增强的效果。研究表明，增强相的尺寸和分布（尤其后者）决定材料的力学和成形性能。但材料仍存在再结晶组织形成效率低、形变组织均匀性差、织构强度高、成形性能差等问题，这本质上与颗粒贫瘠区的存在有关。因此，如何消除颗粒贫瘠区域成为变形镁基复合材料织构调控的关键。

铸造法制备镁基复合材料时，增强相宏观分布控制常用机械搅拌、电磁搅拌、超声、声磁耦合等方法。然而，由于凝固前沿排斥作用，增强相大多以颗粒团簇形式分布在晶界区域，形变发生时，颗粒影响区（Particle deformation zone, PDZ）亦集中于此。动态再结晶沿原始晶界开始形核，形成“项链”状细晶带后再向晶内拓展，可被称为由晶界向晶内发展的“单向再结晶”。由于再结晶的单向性需大应变的配合，影响了再结晶组织的形成效率。

在原有晶界增强相的基础上，如果在晶内实现增强相分布设计，那么将会呈现出“两面夹击”的质点诱发动态再结晶模式，从而更加有利于织构的调控。

大量凝固控制实验表明，无论原位还是非原位引入，传统铸造法都难以实现增强相的晶内分布控制。然而，通过材料成分设计、凝固进程调控，大连理工大学“辽宁省凝固控制与数字化制备技术重点实验室”科研人员实现了增强相在晶粒尺度上的精准控制（晶界：Al₁₁RE₃，晶内：Al₂RE），基本消除颗粒贫瘠区域（图1和图2）；热变形过程中，增强相促使质点诱发动态再结晶形核在晶粒内外同时发生，进而高效显著的优化镁基体变形织构。根据发现的“增强相在晶粒尺度上可控分布并强烈诱发动态再结晶”现象，研究团队提出了“质点诱发双向动态再结晶”的理念。与传统单向再结晶相比，在双向再结晶机制的主导下，小挤压比（4.7:1）变形即可形成完全再结晶组织（图3）。中断实验进一步揭示了晶粒尺度均匀分布的Al-RE相在再结晶组织演变中的作用机制，特别是与晶界、孪晶之间的协同效应（图4）。再结晶优先在晶界弓出区域形核，晶界Al₁₁RE₃相的引入显著降低了再结晶所需的临界应变（图5）；晶内分布的Al₂RE颗粒通过与拉伸孪晶的交互作用，有效增强了拉伸孪晶诱发再结晶形核的能力（图6）；当晶内Al₂RE颗粒周围累积的位错密度达到激活PSN机制所需的临界阈值时，Al₂RE和Al₁₁RE₃颗粒分别诱发的再结晶晶粒从晶内和晶界相向生长，形成独特的双向动态再结晶拓展模式（图7）。由于多种滑移系被激活（图8），Al-RE颗粒诱发的再结晶晶粒取向更加随机（图9）。多重利好因素协同作用促进变形晶粒快速、完全的再结晶化，同步提升AZ31合金的强塑性。增强相在晶粒尺度上的分布策略为再结晶行为与织构调控提供了新思路，有助于推动高性能镁基复合材料的开发与应用。

相关研究成果分别以“Controllable reinforcement phase distribution at the grain scale via a simple precipitation process”、“Bi-directional dynamic recrystallization behavior of AZ31 alloy by Al-RE precipitation control”为题发表在J. Alloy. Compd. 977 (2024) 173445和Int. J. Plasticity 187 (2025) 104289上。

图1 具有不同Al-RE相分布特征镁基复合材料的均匀化态组织：(a, e) 无Al-RE相/AZ31, (b, f) 晶内Al₂RE相/AZ31-1.2Y, (c, g) 晶界Al₁₁RE₃相/AZ31-1.2Nd, (d, h) 晶内Al₂RE相+晶界Al₁₁RE₃相/AZ31-0.9Nd-0.3Y

图2 AZ31合金在添加RE元素前后的凝固过程：(a) 添加前，(b) 添加后

图3 具有不同Al-RE相分布特征镁基复合材料挤压后的再结晶组织占比

图4 挤压过程中Al₂RE和Al₁₁RE₃颗粒对再结晶演变的影响：(a)观察区域的低倍照片，(b, c) stage Ⅰ，(d, e) stage Ⅱ，(f, g) stage Ⅲ，(h) stage Ⅳ，(i) stage Ⅴ

图5 不同Al-RE相分布特征镁基复合材料发生再结晶所需临界应变的分析结果：(a)压缩曲线分析，(b)真应力应变曲线，(c)加工硬化曲线，(d) -(dθ/dσ)/σ曲线

图6 孪晶与晶界、孪晶以及Al₂RE之间的相互作用: (a, d, g) 孪晶与晶界，(b, e, h) 孪晶与孪晶，(c, f, i) 孪晶与Al₂RE颗粒

图7 Al-RE颗粒诱导的双向再结晶行为

图8 Al₂RE颗粒促进多种滑移系的激活

图9 基于不同再结晶机制形核的晶粒取向分布