镁及其合金由于拥有质轻性佳等综合优势,在庞大的金属材料家族中脱颖而出,近年来成为工程应用中实现轻量化的理想首选,一度曾兴起了多领域研究人员的探索热潮。然而,密排六方的晶格结构决定了镁合金室温时塑性成形能力较差且强度较低,有悖于工程应用的实际制造过程中的实际要求。为此,近年来业内人士为制备高性能镁合金进行了大量的研究。挤压过程中变形区内因具有三向压应力状态和在芯模口处可提供较大的剪切变形量而使被加工制品获得细晶组织及优异的力学性能。因此,该工艺特别适于低塑性镁合金的加工成形。如何在挤压过程中巧妙的实现形性一体化精确调控镁合金组织,使之生产效率提高、综合性能优异和实用范围增大已经成为镁合金研究的瓶颈问题。基于此,本文将常规挤压中凸模结构进行离散设计并使之交替下行施载从而提出了交替挤压法。在前期探索研究基础上对模具结构(尤其是芯模处)进行了改进设计,确保了交替挤压工艺的实用性及可靠性。交替挤压方法的独特之处在于,分体凸模交替下行施载改变了挤压筒内各部分金属的流动行为及顺序规律且在交界面处产生了附加剪切变形作用。本文对铸态AZ31镁合金进行了交替挤压工艺实验,并采用光学显微镜、电子背散射衍射及透射等手段分析制品的微观组织结构和变形机理,研究结果表明:两凸模独特的交互式加载作用模式促使挤压筒内金属流动顺序及流动行为都发生了改变,同时在挤出成形前因附加剪切变形即可产生一定的组织细化作用,当流经芯模口时可再次因剪切变形实现进一步细化。与常规挤压相比,交替挤压中再结晶过程进行的较充分,晶粒较细小均匀,位错密度也显著增高,这对挤出制品综合性能的改善无疑是有利的。对不同温度交替挤压制件的微观组织进行对比研究,结果表明,573 K时交替挤压后AZ31镁合金晶粒较细小且均匀。在573 K~673 K范围内,随着成形温度的升高,屈服强度、抗拉强度及延伸率等综合力学性能均随之降低,断口形貌主要由韧性断裂转变为脆性断裂,动态再结晶获得的小晶粒逐渐长大且在晶内位错密度也明显减小,大角度晶界所占比例也显著减少,促使抗拉强度的降低。当温度升至673 K时试样中弥散分布着形态各异的析出相粒子,这也是导致综合力学性能降低的另一诱因。综上可知,交替挤压工艺可以达到细晶强化及省力功效,为扩大镁合金挤压成形技术的工程化应用提供技术储备和科学指导。