一次封闭模压挤压预成形型材,是高材料利用率、短流程、高效率生产高品质镁合金锻件的新方法。尽管在镁合金挤压变形规律、组织性能检测及工艺理论基础上目前投入了大量人力物力,形成了巨量的文献报道,但迄今仍然鲜有对镁合金挤压变形材在封闭模压过程中的组织和性能演变的实验观察和理论研究报道。本文拟通过对典型镁合金的挤压变形组织在封闭热模压过程中的演化及其对机械性能的影响进行深入系统的实验研究和理论分析,探明镁合金挤压变形型材在封闭模压过程中的组织和性能演变规律,为奠定挤压预成形模压成形技术的理论和实验基础提供了一定实验依据。为此,以挤压态AZ81镁合金为主要研究对象,用半连续铸坯挤压制备了具有锻件二维几何特征的预成形坯型材,截取与锻件等体积的模压坯料,然后对截断型材用封闭模压方法一次模压成形获得最终成形锻件。采用Gleeble1500热力模拟机对挤压态AZ81镁合金的热压缩变形行为进行分析研究,为确定模压成形工艺参数的制定提供一定的理论依据,然后对进行模压成形试验,采用金相、SEM、EBSD、常温拉伸和硬度检测等检测手段,深入分析了镁合金在挤压预成形坯模压成形过程中的材料内部组织及力学性能的演变规律,对挤压预成形坯模压近(或净)终成形工艺的经济性及可行性进行了探讨。主要研究内容及结论如下:(1)研究了挤压工艺对镁合金组织与力学性能的影响,并通过SEM分析了挤压工艺对镁合金断裂机制的影响。研究表明在热挤压过程中发生了动态再结晶,合金的晶粒在热挤压过程中产生了明显细化。挤压比相同时,随挤压温度的升高,基体的再结晶程度增加,合金的晶粒在370℃,挤压速度6~20mm/s时,晶粒最细,力学性能最好,温度继续升高,合金的再结晶晶粒尺寸逐渐增大;挤压温度相同时,挤压比越大,基体的再结晶就越完全,晶粒分布越均匀,合金的晶粒尺寸也随之减小,抗拉强度、屈服强度及伸长率得到大幅改善。与铸态合金相比,通过挤压方法提高了合金的屈服强度的同时还提高了镁合金的塑性,为后续的模压成形提供了高品质的预成形模压坯料;(2)研究了挤压态AZ81镁合金高温压缩变形行为。合金在高温压缩过程中表现为典型的动态再结晶特征。温度较低或应变速率较高时,流变曲线所达到的峰值应力较大,而在相同应变速率下,峰值应变随温度升高而明显减小;流变应力、应变速率和变形温度之间的关系可用双曲正弦函数表示,其中平均激活能Q=182.17KJ/mol,应力指数α=0.0043Mpa-1,应力指数n=4.4865,其高温塑性流变行为的本构方程为:峰值应变与变形条件(Z参数)之间满足关系式(3)对挤压态AZ81镁合金进行热加工性能进行分析,根据功率耗散图及失稳图制定模压成形工艺,并对模压成形后试样的显微组织及力学性能进行了研究,结果表明:经400℃模压变形后,合金的晶粒在三向压力及挤压态下等轴晶粒沿模压方向被拉长或被破碎成无数个细小单元个体,试样断面易形成强烈的纤维组织,力学性能较挤压态时有较大幅度的提高,挤压态AZ81镁合金的抗拉强度σ_b=331MPa;屈服强度σ_s=236.7MPa;延伸率δ=16.6%;模压成形后σ_b=350.2Mpa,σ_s=244.8MPa;δ=16.1%;经T6热处理后合金,AZ81镁合金的抗拉强度改善不明显,而屈服强度有了明显的改善,但延伸率显著下,其力学性能为σ_b=358.5Mpa,σ_s=270.7MPa;δ=9.8%;(4)模压成形过程中,合金显著细化,挤压态时晶粒平均尺寸为3.5μm;当变形量较小时,晶粒有长大趋势,随变形量增至30%时,晶粒细化至2~3μm,晶粒细化不明显,当变形量增加到50%~60%,由于外加机械强应力作用,晶粒细化至1~2.5μm,挤压板主要以基面织构(basal texture){0001}<1010>为主,且与挤压方向平行,随变形量的增加,合金内部晶粒在剪切内应力作用下,沿晶界发生一定角度的转动,并随变形量的增加,初始基面织构及晶粒取向的变化越明显,但织构强度较挤压态时变弱,基面的择优取向(Preferential orientation)偏离了ED方向,向FD方向集中,随变形量的增加,由于非基面滑移开动,织构方向偏离挤压方向,而向模压方向偏转,且晶粒取向差分布逐渐转向大角方向,在模压过程中易于形成与模压方向垂直的织构;挤压预成形坯模压复合成形过程中,晶粒细化是提高合金力学性能的重要手段,而合金的织构对材料的力学性能起着重要的作用。(5)分析了挤压预成形模压复合成形工艺的经济性及技术可行性,通过该工艺不仅能获得具有模具内腔形状及尺寸的净终成形的锻件产品,而且所获得的锻件晶粒显著细化,组织致密均匀,综合力学性能好,且是一种高效率、低能耗、高品质、高工艺收得率的一种塑性成形工艺,具有一定的工业发展前景。