【摘 要】
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镁合金属于密排六方结构,塑性变形后具有强基面织构,材料的各向异性、塑性、二次成形性能均会产生不利影响。非对称变形能引入剪切应力,弱化基面织构,使综合力学性能提升,成为近年来的研究热点。非对称连续锻造挤压一体化是一种新型变形镁合金加工工艺方法,通过对锭坯在挤压前进行预锻造,有效改善镁合金型材的组织和性能。目前,对于该工艺尽管已经完成初步研究,但锭坯在变形过程中的应力、应变、温度分布以及金属流线、组织
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镁合金属于密排六方结构,塑性变形后具有强基面织构,材料的各向异性、塑性、二次成形性能均会产生不利影响。非对称变形能引入剪切应力,弱化基面织构,使综合力学性能提升,成为近年来的研究热点。非对称连续锻造挤压一体化是一种新型变形镁合金加工工艺方法,通过对锭坯在挤压前进行预锻造,有效改善镁合金型材的组织和性能。目前,对于该工艺尽管已经完成初步研究,但锭坯在变形过程中的应力、应变、温度分布以及金属流线、组织变化等演变机理研究还不清楚,一定程度上限制了该工艺的应用和推广。以应用最广的商业变形镁合金AZ31为研究对象,开展对在非对称锻造挤压过程中的流变行为以及组织演变等塑性变形特征进行研究,加深镁合金非对称锻造挤压变形行为的理解,进一步提升镁合金的性能,推广该工艺方法的应用都有十分重要的意义。本文在优化AZ31镁合金流变应力本构方程的基础上,结合有限元分析软件,绘制挤压极限图,确定非对称锻造挤压工艺参数;结合力学性能和显微组织分析,获得动态再结晶数学模型;研究非对称锻造挤压过程中镁合金流变行为,获得其等效应力、应变、温度、晶粒度、再结晶率的分布规律。在此研究基础上,探索锭坯形状对非对称连续挤压锻造过程锭坯流变行为的影响。主要获得如下结果:（1）流变应力Arrhenius本构模型平均相对误差为3.251%;峰值应力Arrhenius本构模型平均相对误差低于5.010%,精度较高。（2）直径80mm圆柱锭坯非对称锻挤一体化过程最优工艺参数在预热温度310～351℃,挤压杆速度7.32～10mm/s（挤压速度约为206～282mm/s）三角形区域内。锭坯直径从80mm减小至70mm（长度不变）,封闭锻造过程锭坯在锻造后平均等效应变从0.141提高至0.451、等效应力减小、温度降低,非对称变形效果明显。但锭坯直径不宜过小,在锭坯直径20mm,长度60mm（长径比3:1）时存在失稳弯折的风险。挤压过程中,锭坯心部的金属由于敦粗时应变量大于边部而率先完成动态再结晶,但远离心部的金属在挤出前由于发生了更剧烈的塑性变形,棒材边部应变量更大,具有更细小的组织。（3）同体积下,异型铸锭（平行四边形锭坯）有效提高锭坯在非对称锻挤一体化过程中预变形过程中的应变量:相较于60-0锭坯,60-30锭坯预变性后平均等效应变量从0.599提升至0.628,最大应变量从0.667提升至1.011,且引入更多的切变,能调整晶粒取向。型材的拉伸屈服强度、抗拉强度、压缩屈服强度、延伸率均得到提高。
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