2.2.2 同步轧制与异步轧制实验 14

  2.2.3 热处理实验 15

  2.2.4金相组织实验 15

  2.2.5 EBSD检测 15

  2.2.6 拉伸实验 15

第3章 实验结果 16

 3.1 弯曲轧制 16

  3.1.1 微观显微组织 16

  3.1.2 力学性能 16

  3.1.3 小结 17

 3.2 大压下异步轧制 17

  3.2.1 不同异速比大压下AZ31镁合金板材塑性变形能力 17

  3.3.2 金相组织结构 18

  3.2.3 力学性能 20

  3.2.4 小结 21

 3.3 大压下异步轧制退火工艺研究 22

  3.3.1 热处理工艺对组织性能的影响 22

  3.3.2 热处理过程中晶粒尺寸变化 24

  3.3.3 热处理工艺对力学性能影响 24

  3.3.4 织构分析 24

  3.3.5 小结 28

第4章 结果分析 29

 4.1 弯曲轧制 29

 4.2 同步轧制与异步轧制 29

第5章 全文结论 29

主要参考文献 30

致谢 33

第1章 绪论

1.1 前言

镁及镁合金是目前常规工程应用中比重最轻的金属结构材料。纯镁在25℃下的密度为1.738g/cm3,仅相当于铝的67%、钢的25%,镁及镁合金具有较高的比强度及比刚度[1]。此外,镁合金还有导热性能良好、电磁屏蔽效果棒、阻尼减震性能好、机械加工性能优良、零件尺寸稳定、无毒、易于回收等优点,这使得镁合金在航空航天、交通、电子通信、国防军工等领域得到重要应用。尽管如此，由于受材料制备、抗腐蚀性能、加工技术以及价格等因素制约，镁合金的应用至今没有超过钢铁甚至铝合金。此外，由于大多数镁合金具有密排六方结构,室温下可启动的独立滑移系较少，使得镁合金室温下塑性变形能力差[2,3]。目前提高镁合金塑性常用方法有三种，一是提高温度激活非基面滑移，非基面滑移在得到足够的热能后得到激活，因此变形温度升高后，部分非基面滑移就会开启，镁合金在变形过程中具有足够的滑移系就可以显著提高其室温塑性；二是细化晶粒，细化晶粒可以有效提高其晶粒协调变形能力，从而不仅可以提高其室温塑性，还可以提高材料的强度；三是控制织构，织构的取向对镁合金的变形模式具有显著影响，织构强度对相应的变形模式具有影响，因此通过控制变形参数选择合适的织构取向就可以明显改善镁合金的力学性能。

1.2 镁合金的塑性变形模式

镁合金在变形过程中主要存在两种变形模式，滑移[4,5]和孪生[4,5]。

1.2.1 镁合金的滑移

镁为密排六方（hcp）晶体结构，晶格点阵参数 a=0.3209 nm，c=0.5211nm，且轴比 c/a 为 1.624。在纯镁晶胞中，其原子最密排面为(0001)晶面，最密排方向为 晶向，含有 晶向的晶面主要有(0001)基面、3 个 柱面和6个 锥面。因此，镁合金中最为常见的滑移系有基面<a>滑移、柱面<a>滑移和锥面<a>滑移，如图1所示[6]。基面<a>滑移和柱面<a>滑移只能提供 2 个独立滑移系，而锥面<a>滑移可提供 4 个独立滑移系。这些<a>位错滑移的滑移方向均为与 c 轴垂直的 方向，无法协调 c 轴方向的应变。为此，镁合金中还有一种重要的锥面滑移系，即  。该锥面滑移中，<c+a>位错沿着 方向滑移，可提供 5 个独立滑移系，并能够协调c 轴方向的变形。基面滑移是镁合金中最容易启动的滑移系，其在室温下的临界剪切应力（critical resolved shear stress，CRSS）约为 0.5~0.7MPa；柱面和锥面滑移启动的 CRSS 值较高，约为基面滑移的 100 倍[7,8]。随温度升高，基面滑移的 CRSS 值变化不大，而柱面和锥面滑移的 CRSS 值急剧降低，当温度超过 573K 时，柱面滑移的 CRSS 值与基面滑移的相近。一般而言，镁合金中各滑移系的 CRSS 值是通过电镜观察或数值模拟的方法获得的。因此，模拟方法不同，所获得的 CRSS 值也会有所差异，例如，在 AZ31板材的单向压缩过程中，非基面滑移与基面滑移的 CRSS 比值约5~6[9]，在冷轧过程中，其比值约为 3[10]，而在平面应变压缩过程中，其比值约为 3~17[11]。