梯度应变改善镁合金挤压板材成形性的基础研究

Generally, magnesium alloy plate is processed by symmetric deformation techniques and resultingly this process results in a long procedure and high cost, and also a strong (0002) basal texture is formed which largely worsens the formability of magnesium alloy plate and its wider applications are limited. Therefore, asymmetric extrusion is proposed to setup gradient strain along the thickness direction of the plate and thus c-axis of magnesium grain will be tilted at some degree through composite integration of short procedure extrusion and gradient strain to weaken the basal texture, so magnesiuam alloy plates with improved formability and low cost will be prepared. Through the raltionship between geometry of extrusion mould, extrusion parameters and gradient strain and then its physical model in order to develop reasonable gradient strain control and extrusion mould, through the research on evolution of microstructure and ultramicrostructure and the quantitative expression beteen gradient strain and microstructure, through research on crystal orientation and texture and their evolution, through the characterization of formability and anisotropical properties, theory and model about highly formable magnesium alloy extrusion plates will be established by from geometry structure of extrusion mould, gradient strain, microstructure, grain oreintation and basal texture weakening, to anisotropic properties.

镁合金板材制备加工通常采用对称变形的热轧工艺，导致工艺流程长、加工成本高，而且具有很强的（0002）基面织构，使镁合金板材塑性成形性差，应用受到极大限制。为此，本项目提出以非对称挤压方式构建梯度应变，使镁合金板材晶粒c轴倾转，将短流程挤压与梯度应变弱化基面织构进行一体化耦合，获得成形性显著改善的低成本镁合金挤压板材。通过研究模具几何结构、挤压工艺参数和梯度应变之间的内在联系并建立物理模型，发展合理的梯度应变控制机制和镁合金板材挤压模具，研究表征梯度应变条件下镁合金挤压板材的组织与微结构演变规律以及梯度应变特征参量与组织特征参量的定量关系模型，研究表征镁合金挤压板材的晶粒取向和织构形成机制及其遗传演变，研究表征镁合金挤压板材的成形特性和各向异性特征，建立从挤压模具几何结构、梯度应变特征、组织与微结构、晶粒取向和织构弱化、到各向异性表征的高成形性镁合金挤压板材制备的理论途径和技术原型。

镁合金作为最轻的金属结构材料和优异的综合性能在很多领域具有重要的应用价值和广阔的应用前景。传统挤压或轧制工艺加工制得的镁合金板材具有强的基面织构，表现出差的力学性能，不利于后续加工。本研究主要将商用AZ31镁合金作为研究对象，在充分了解了镁合金铸态以及挤压变形态与钢料之间的摩擦特性后，初步设计和构建了几种非对称挤压模具，即厚向梯度、横向梯度和三维弧形挤压工艺三种非对称挤压工艺，以调控镁合金板材微观组织和织构，从而改善镁合金板材力学性能。.1、深入研究了不同有效应变差对AZ31镁合金板材微观组织的影响，系统分析了挤压板材微观组织、晶粒取向对板材力学性能的影响。.2、在厚向梯度挤压工艺中，有效地引入沿挤压AZ31镁合金板材厚度方向有效应变差，形成梯度应变，梯度应变的形成有利于非对称剪切应变的产生，基面取向晶粒沿挤压方向发生一定角度的偏转，实现挤压板材基面织构弱化和晶粒细化。.3、在横向梯度挤压工艺中，挤压时沿板材TD方向产生流速差，有利于挤压板材基极偏离ND方向；且在挤压过程中沿TD方向引入额外的流速，导致挤压板材基极沿ED向TD方向偏转。.4、横向梯度挤压工艺中，随着模具倾斜角的增加，横向梯度挤压AZ31和VK20镁合金板材中心和边缘区域呈现不同的织构类型，板材中心区域基极沿ND向ED方向偏转，板材1/4边缘基极沿ED向TD方向偏转。.5、三维弧形挤压工艺（三维对称弧形和非对称弧形挤压工艺）在挤压过程中能引入沿挤压板材TD方向流速，挤压过程中再结晶程度增加，获得均匀和细小晶粒的AZ31镁合金板材，且沿板材TD方向产生新的织构成分，基面织构组分得到弱化。.6、系统研究了非基面织构的形成机理和演变过程，对非基面织构特征进行了深入系统的微观结构表征，为基面织构弱化及调控提供了新的技术途径，并建立了梯度应变新型非对称挤压技术原型。重点探讨了横向梯度挤压AZ31镁合金板材在拉伸和杯突成形过程中变形行为，分析了各挤压工艺AZ31镁合金的流变行为及其在挤压过程中的组织演变规律。