近些年来，航空、航天、汽车、3C产品以及军工等领域对镁合金的需求不断增长，对其力学性能的要求也不断提高[1-2]，传统铸造镁合金已经渐渐无法满足要求。这种情况下，采用挤压、轧制、锻造等塑性加工工艺生产的变形镁合金产品，由于具有更好的力学性能、多样化的结构而越来越受到重视[3-4]。其中，轧制作为镁合金塑性加工的重要手段得到了长足的发展，产生了多种轧制方法。这些轧制方法主要通过两个途径来提高板材性能：（1）细化晶粒提高塑性[5-6]。研究表明，晶粒尺寸小于10μm时，镁合金将体现出良好的超塑性[7-8]；（2）降低织构强度，减小各向异性程度[9-10]。镁合金板材各向异性程度高，力学性能（如抗拉强度和延伸性能）不平均，通过控制织构降低各向异性程度，可有效的提高板材性能。
1 常规轧制方法
1.1 热轧
镁合金热轧板材的组织主要由孪晶、切变带等变形组织及细小的动态再结晶晶粒组成。动态再结晶是其主要的细化机制。热轧过程中，温度、变形量、变形速率等因素将会影响组织形态与再结晶的发生。具体为：高温促进位错滑移，增加形核率，可提高再结晶组织的比例[11-12]；高应变速率使位错急剧堆积，应力集中得不到释放，抑制动态再结晶的形核[13]；大变形量增加位错密度，促进再结晶形核。如大应变轧制（large strain rolling）就采用了大变形量来获得更多的细化组织[14]，其晶粒尺寸可达到2μm～3 μm[15]。热轧板材中孪晶等变形组织经过退火后将发生静态再结晶或回复，转化为更多的等轴晶。
研究表明[16]，热轧过程中镁合金将形成强（0002）基面织构，基本特征为（0002）基面平行于轧面（图la）。这种织构由塑性变形过程中基面滑移、锥面滑移共同造成的，一般随着轧制道次的增多和板材厚度的减薄，织构将逐渐增强，当板材轧制到薄板时，形成较强的基面织构[17]。经研究发现，热轧时采用大应变可以降低织构强度[15]，见图lb，退火也组织构有一定的弱化作用。
1.2 冷轧
热轧除变形量大，工艺简单，利于工业化大生产的优点外，也存在着一些不足，如温度过高不利于控制板形和表面光洁度，力学性能较低等。而应用冷轧工艺可以有效克服上述不足，通过控制变形量和退火，可得到尺寸精度高、力学性能好的薄板。
镁合金冷轧板材组织中主要为粗大的晶粒，且晶粒内部有大量孪晶。这是因为室温下镁合金可开动的滑移系少，要依靠孪生，主要是锥面孪生才能发生变形[21]。冷轧细织的细化主要通过退火静态再结晶来完成。退火时，再结晶晶粒在原始晶粒边界形核长大，取代粗大的原始晶粒，得到细小再结晶组织[19]。镁合金冷轧后板材具有较高强度，但伸长率较低，通过适当退火，也可提高冷轧板材的塑性[18]。
冷轧AZ31镁合金织构形态与热轧织构有显著的区别，其基面的织构极密度分布呈现双峰形态，与热轧的相比，强度上冷轧板材的基面织构强度更高。过程为：室温下基面滑移系难以开动，晶内诱发了孪生，改变了孪生部分晶体基面的取向关系，使孪生体内的基面滑移系得以开动，塑性变形继续进行，并产生二次孪晶：这一系列复杂的变形最终使得基面的取向偏离板材的法向，形成基面织构的双峰特征。冷轧织构退火后分布规律没有太大变化，仅强度有所下降。
2 特别轧制方法
2.1 降温轧制
镁合金板材冷轧、热轧时多采用恒定的温度，杨平[22]等人利用道次间温度的下降，结合退火，进行了降温轧制。轧制过程中，首阶段温度较高，退火次数少且时间短，采用大压下量降低板材厚度。随着轧制的进行，板材温度下降，采用较小的压下量，延长退火时间，利用静态再结晶和回复细化组织。经试验，通过该种轧制方法可以制成0.3 mm厚度的薄板，且平均晶粒尺寸可达到7μm[22]。
降温轧制开始阶段由于温度较高，加之具有较大的变形量，因而组织中主要发生动态再结晶，生成了大量等轴小晶粒，尺寸约4μm，见图3a。图3c、c、g显示，随着轧制温度的下降，动态再结晶组织成分开始减少，孪晶及切变带开始增多，其中切变带起到了细化组织的作用[23]：切变带内含有大量细小（亚）晶粒，其尺寸不到1μm。这些组织在退火后可长大为较均匀的细小再结晶组织，再进行轧制又能形成扩展的切变带。反复轧制、退火可形成较大范围的切变带区，最终退火后形成大范围细晶区。图3b、d、f、h显示，退火使组织发生静态再结晶及晶粒回复，消除了缺陷和变形组织，使组织更加均匀。
降温轧制由于一直处于热轧、温轧范围内（400℃～160℃），高于室温，因此织构并未出现冷轧时绕TD倾转的双峰基面织构形状[24-25]。如图4所示，轧制后及退火后均为强基面织构，与其他热轧镁合金强基面织构相似。
2.2 交叉轧制
普通单向轧制生产的板材常具有较强的基面织构，各向异性强。为使板材各方向性能均匀，Yasumasa Chino[26]、张青来[27]等研究了交叉轧制的轧制方法，大大降低了基面织构，减轻了材料的各向异性，可很好的改善板材的冲压性能。
交叉轧制在轧制过程中将改变轧制方向（改变90°）。轧制中可以每道次后都改变轧向[26]，也可以保持一个方向轧制多道次后再变向轧制[27]。通过研究发现，温度较高时，交叉轧制后板材也发生动态再结晶，得到大量等轴晶，晶粒大小与普通单向热轧结果没有太大的差别，甚至略大，见图5a、b。另一方面温度较低些时，组织中存在着大量孪晶、亚结构和位错等微观细小组织。这些组织使得轧制AZ31镁合金在高应变速率下获得良好的塑性变形[27]，同时退火后将成为细化的等轴晶。与单向轧制相比，交叉轧制组织具有更好的均匀性和等轴性，即晶粒大小较均匀，多为等轴晶，见图5c、d。这种组织能使深冲压加工的应力和应变分布均匀，有利于提高板材的塑性变形和深冲性能。
如图6所示，与单向轧制板材的织构相比，交叉轧制得到的板材基面织构强度大大降低。这主要得益于轧制方向的不断变化，使得组织的取向性降低，各方向更加平均。织构强度的降低，材料各向异性减轻或消除[28]，加上交叉轧制板材组织的均匀性，为深冲变形提供了良好的条件。通过镁合金薄板温拉深性能实验验证[27]，交叉轧制材料的伸长率显著提高，其拉深比可达到2.15，明显地提高了材料的冲压成功率。
2.3不对称轧制
SHLee[29]，KHKim[30]等曾针对铁、铝等材料进行过不对称轧制研究，获得了较好的结果。SHKim[31-32]将其原理应用于镁合金板材的轧制，通过分析发现不对称轧制可以有效地细化晶粒，得到较弱的基面织构，且其基面织构具有强度沿板材厚度逐级下降的特点。
不对称轧制采用上下轧辊直径不同的轧机，轧制时轧辊角速度相同而线速度不同，板材不同厚度部位受到不同切应力切应变。这些切应变改变了织构的分布，也改变了晶粒尺寸[29-30]。图7显示，不对称轧制后板材上下表面及中心存在着大量的孪晶、切变带等变形组织，而没有动态再结晶晶粒，与一般大变形热轧组织有较大的区别S H Kim[31-32]认为这是由不对称轧制时的变形量和速率决定的。不对称轧制过程中变形速率很快，抑制了位错滑移，因而材料发生了流变应力集中，动态再结晶来不及发生[31]。轧制板材退火后，将以静态再结晶方式得到对应的等轴晶。
不对称轧制所得织构与普通轧制织构差别也很大。普通热轧板材中心{0002}基面织构强度弱于表面的。而不对轧制板材{0002}织构轻度从上表面到中心再到下表面逐级下降，下表面{0002}基面织构强度最低。经退火后整体基面织构强度显著降低，降低幅度超过原强度的一半，见图8。K H Kim[30]推断剪切反转量（shear reversal）可以弱化{0002}基面织构，不对称轧制过程中，下表面剪切反转量大于上表面的。因此产生了该种织构。对铁、铝进行不对称轧制也得到了相同特点的织构[29-30]。
2.4 累积叠轧
1998年～1999年Y Saito，N Tsuji[33-35]等人利用累积叠轧的方法针对铝、铁等合金进行了研究。M T Pérez—Prado[36-37]随后于2005年将其应用于镁合金AZ31、AZ91、AZ61，并且研究了材料的力学性能[38]。累积叠轧作为大应变轧制(1arge strain rolling)中的一种，在细化晶粒的同时，还可以有效调节板材的厚度，使板材厚度增厚、减薄或保持不变。
累积叠轧过程如图9所示，分为切割、表面处理、叠垛、预热、轧制几个步骤，可视情况重复进行。轧制过程中改变压下量，可调整轧后板材厚度。
累积叠轧属于大应变轧制，因此组织发生显著细化，出现大量的动态再结晶晶粒，见图10。第一道次后平均晶粒尺寸就达到了4.2μm，随后的轧制中，晶粒尺寸一直保持在3μm，组织变得更加匀。研究表明，累积叠轧中一旦获得临界最小晶粒尺寸，则后续道次将没有显著的细化效果。经过累积叠轧后晶粒尺寸与其他大塑性变形SPD技术(如ECAE)[39-40]得到的晶粒尺寸相近。图11显示，累积叠轧加工过程中板材的{0002}基面织构很稳定，为比较典型的镁合金热轧织构。
除AZ31镁合金外，累积叠轧应用于AZ61、AZ9l轻含金加工技术镁合金时，情形也较为相似，不同之处在于，铝含量的增加在轧制过程中将导致析出第二相，抑制晶界运动，有利于获得更小尺寸的晶粒[41]，但是将造成组织的不均匀，因此要增加轧制道次数来提高组织的均匀性。
3 结束语
镁合金轧制是大规模工业化生产镁合金材料的重要手段，长期以来，由于镁合金板材变形性能不好，限制了镁合金板材的应用。通过对不同轧制方法的研究，有助于找到控制板材组织及织构的有效方法，使其既能得到细化组织产生超塑性，又能降低织构强度使各方向性能更加平均。从而大大的改善板材的变形性能，使镁合金板材得到更加广泛的应用。
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