镁合金板材由于密度低、力学性能较好而在轻量化薄壁结构件上有很大的应用价值,但常规的镁合金板材晶粒组织较粗大(晶粒度在10μm以上),其成形性能不够理想。细晶镁合金板材具有比强度和比模量高、塑性和韧性好、成形性能好等优点,与常规的镁合金板材相比,具有明显的工艺及性能优势,在车辆、航空航天、电子产品诸多领域具有重要的应用价值和广阔的发展前景。但有关细晶镁合金板材成形性方面的研究报道较少,本论文选取综合力学性能最好的ZK60镁合金为研究对象,采用高应变速率轧制工艺制备了 ZK60及ZK60-Y合金细晶板材(平均晶粒度在5μm以下),研究此类板材的中低温变形行为及高应变速率超塑性行为。镁合金板材在中低温下变形时,变形过程会发生加工硬化、动态回复和动态再结晶,利用加工硬化效应可以使成形件达到高的力学性能水平,利用动态回复和动态再结晶使成形件发生一定的软化,可以消除或抑制加工硬化对成形件塑性带来的不利影响,通过探索上述三种效应之间的相互关系,可以为成形件的强度、塑性调控提供理论支持。此项研究对镁合金板材中低温成形工艺研发和细晶镁合金板材的应用具有重要的参考价值。论文首先研究了细晶ZK60和ZK60-1.0Y合金板材在323～523K下以1×10-4～1×10-3s-1初始应变速率拉伸时的流变应力行为、加工硬化和软化行为,通过计算加工硬化率θ获得板材发生动态回复和动态再结晶的临界条件,分析板材变形过程中的微观组织演变规律,以期通过控制变形条件,预报板材成形后的组织和性能。其次,研究细晶ZK60和ZK60-1.0Y板材在523～723K下初始应变速率为1×10-3～1×10-1s-1下的超塑性行为,探索了温度和应变速率对超塑性变形后材料微观组织的影响,探讨了超塑性变形机理。论文得到的主要结论如下:(1)细晶ZK系板材的流变应力曲线形状对温度和应变速率较为敏感不同软化机制下流变应力曲线形状不同,呈现典型的动态回复和动态再结晶曲线特征。细晶ZK60板材在423K下开始发生动态再结晶,在423K以上时,动态再结晶成为主要的软化机制。细晶ZK60-1.0Y板材在473K下开始发生动态再结晶,稀土 Y元素的添加提高了再结晶温度。(2)细晶ZK60板材在423～523K下以1×10-4～1×10-3r-1应变速率拉伸时,动态再结晶临界应力σc和峰值应力σp的关系为σc=0.984σσp,动态再结晶临界应变εc和峰值应变εp的关系为εc=0.768εp。细晶ZK60-1.0Y板材板材在473～523K下以1×10-4～1×10-3s-1应变速率拉伸时,动态再结晶临界应力σc和峰值应力σp的关系为σc=0.9788σp,动态再结晶临界应变εc和峰值应变εp的关系为εc=0.7613εp。动态回复和动态再结晶的临界点随着变形温度的升高和应变速率的降低而前移。(3)断口分析结果表明,细晶ZK60板材在473K以下的变形行为主要由位错运动等晶内变形机制所控制;在473K以上时受扩散控制的晶界滑动开始主导变形过程。细晶ZK60-1.0Y板材在523K以下的变形主要由位错运动等晶内变形机制所控制,在523K以上时受扩散控制的晶界滑动机制开始主导变形过程。(4)细晶ZK60板材和ZK60-1.0Y板材均显示出较好的高应变速率超塑性。细晶ZK60板材在523～673K下以初始应变速率1×10-3～1×10-1s-1拉伸时,在648K、1×10-3s-1条件下伸长率最大,达650%,应变速率敏感性指数为0.53;在623K、1×10-2s-1条件下伸长率达584.5%,应变速率敏感性指数为0.47。细晶ZK60-1.0Y板材在573～723K下以初始应变速率1×10-3～1×10-1s-1拉伸时,在723K、1×10-3s-1条件下的伸长率最大,达636.5%,应变速率敏感性指数为0.55。两种板材的应变速率敏感性指数m值都随着温度升高而增大。对比ZK60和ZK60-1.0Y板材的超塑性特点可以看出,ZK60合金中添加稀土 Y并不能提高其超塑性,但可以提高合金的组织稳定性和耐热性能。(5)微观组织和理论分析结果表明:细晶ZK60镁合金板材在超塑性变形过程中主要的变形机制为晶界滑移机制(GBS),主要的协调机制为晶界扩散控制的位错蠕变,同时还伴有一定程度的液相辅助协调机制。细晶ZK60-1.0Y板材超塑性变形过程是多种机制综合作用的过程,其中晶界滑移为主要变形机制,主要协调机制为晶界扩散控制的位错蠕变,同时孔洞形核、微移、聚集起到了一定的调节作用。