镁合金变形织构的调控及强韧化机理研究

The ZK60 magnesium alloy with different texture type and texture strength will be prepared by changing the path of the plastic deformation, i.e. by ajusting the ratio of accumulative extrusion deformation to accumulative compression deformation. The effects of the initial micrsotructure, extrustion/upsetting rotio, cumulative deformation and deformation temperature on the texture of the ZK60 alloy will be studied using EBSD, TEM, SEM, etc. In order to reveal the metal flow regularity, the FEM software will be used to simulate the temperature field, stress field, strain field and flow field of the ZK60 alloy during plastic deformation. Combined with the experimental research, the relationship between the texture evolustion and the metal plastic flow will be studied. The three-dimensional crystal viscoplastic self-consistent(VPSC) code is going to established to predict the texture evolution and mechanical properties of ZK60 alloy. Based on experimental and simulation results, the effects mechanism of deformation mode on the texture evolution, and the texture control method of magnesium alloy will be researched. The interaction mechanism between the plastic deformation mechanism and the texture evolution will be systematic analysed, with the purpose to reveal the strengthening mechanism of magnesium alloy.

通过改变塑性变形路径，调整总挤压变形量和总镦粗变形量的比值，制备织构类型和织构集中度系列变化的ZK60镁合金。利用EBSD、TEM等手段，研究初始组织、挤压/镦粗比、累积变形量、变形温度等对镁合金织构类型和集中度的影响。利用有限元分析软件模拟镁合金在变形过程中的温度场、应力场、应变场和流场分布特征，掌握变形过程中金属材料流动规律。结合实验研究，分析变形织构演变与金属塑性流动之间的内在联系。建立三维晶体粘塑性自适应数值分析模型，预测织构的演变规律和材料力学性能。基于实验和模拟结果，分析塑性变形方式和变形条件对镁合金织构的影响规律，探索镁合金变形织构的调控机理。深入分析镁合金塑性变形机制与织构演变之间的相互影响机制，揭示镁合金织构的强韧化机制。

镁合金滑移系较少，易于形成较强的变形织构，在很大程度上决定了镁合金的力学性能。本项目旨在掌握镁合金变形织构形成和演化机理，以其对力学性能的影响规律，探索镁合金变形织构的调控技术。项目通过调整塑性变形工艺及参数，制备了织构类型和集中度系列变化的镁合金。研究了初始组织、变形量、变形温度等对织构类型和集中度的影响。利用有限元分析软件模拟了镁合金在变形过程中的温度场、应力场、应变场和流场分布特征，掌握了变形过程中金属材料流动规律。分析了变形织构演变与金属塑性流动之间的内在联系。研究了丝织构ZK60和AZ31镁合金挤压棒室温三向拉伸与压缩力学行为，考察了塑性变形过程中变形机制激活情况和织构演变规律，分析了塑性变形机制与织构演变之间的相互影响机理。获得以下研究结果：（1）镁合金的变形机制决定了其在变形过程中容易形成较强的变形织构，导致镁合金力学性能的各向异性和拉压不对称性。变形织构类型主要取决于其所发生的塑性变形方式，而织构集中度则受变形温度、变形量和第二相的综合影响，其中受第二相的影响最大，第二相硬度越高，变形织构集中度越低。（2）开发了两种往复挤压制备块体超细晶镁合金的技术，利用有限元技术分析了材料在变形过程中的各物理场变化规律，优化了模具结构；（3）基于黏塑性自洽模型，建立了耦合滑移和孪生的晶体塑性力学模型，优化了模型硬化参数，利用实验数据验证了模型的可靠性；（4）塑性变形是各变形机制相互竞争激活的结果，各变形机制的激活受各自临界剪切应力和分切应力的共同影响，织构主要是通过影响变形机制的Schmit因子来影响塑性变形的；室温轴向拉伸变形初期以基面滑移为主，轴向压缩前期以拉伸孪生为主，是丝织构镁合金存在室温拉-压屈服不对称现象的主要原因；三向压缩变形初期，变形机制以拉伸孪生为主，屈服强度相近；后期随着织构对变形机制影响的不同导致了力学各向异性；（5）变形机制与织构演变相互作用，共同影响镁合金塑性变形力学行为，最终决定了其力学性能，可以通过调控织构以到达优化合金力学性能的目的。本研究将为制备高性能变形镁合金开辟新途径，对认识镁合金织构演变机理、塑性变形机制和丰富镁合金的塑性变形理论、控制镁合金的组织结构及织构，以及开发高性能镁合金及镁合金成形制备技术具有重要意义。