镁合金连续变通道直接挤压成形机理与形/性协同调控机制

In order to bring technical features and integration advantage of extrusion process into full play for high-performance magnesium alloy preparation and forming, promote developments of this technology to a deeper level and expand the applicable targets range. This project presented the continuous variable cross-section direct extrusion technique. In CVCDE, increasing accumulative deformation with the conditions of total extrusion ratio unchanged by interim die structures addition. The grain was dramatically refined and the mechanical property was further increased through persistent shear force. This process is unique because the independent ultrafine grain preparation process is involved during the extrusion process. The shape and properties were simultaneously controlled with single pass. And a large number of magnesium alloy performances and properties can be realized. However, the relationship among the variation between interim dies modular matching mode and flow behavior, macro-scopical shape size, deformation uniformity are unknown. The magnesium alloy grain evolution rule and mechanism, grain refinement strengthening mechanism were also important details that more research was needed. With the resolve of relevant basic science issues, CVCDE process provides a new idea for high-performance magnesium alloy short-process preparation and forming integration research, development and application.

为了充分发挥挤压工艺在高性能镁合金制备和成形两个层面上的技术特点以及集成优势，促进该技术向更深层次方向发展和适用对象及范围的拓宽。本项目提出了镁合金连续变通道直接挤压的学术思想，即在芯模口前增设一定数量及结构的过渡模，在总挤压比不变条件下可增大累积变形量，持续的剪切变形促使晶粒尺寸深度细化及后续力学性能的进一步提高。特点在于将以往独立的细晶制备工序巧妙融入到挤压过程中，在单道次内即达到了对挤出制品“形/性”双控的实效，实现所需镁合金组织和性能的“量身定制”。但过渡模的模块化组合匹配模式与充填流动行为、宏观形状尺寸变化和均匀性之间关系等内容都是未知的，连续变剪切应力作用下镁合金微观组织演变规律和机理及强化机制等也亟待揭示。随着相关基础科学问题的解决，藉此为高性能镁合金短流程制备及成形一体化技术的研究、开发和应用提供新思路。

因具有三向受压应力状态且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，所以，挤压工艺是目前高性能镁合金构件的主要加工手段之一。但生产效率偏低、形状尺寸精度和组织性能协同控制难度大是长期困扰传统镁合金挤压技术快速发展及拓展应用的症结所在。镁合金连续变通道直接挤压法充分挖掘出了传统挤压的工艺特点及技术优势，镁合金材料流经连续变化型腔通道时受到类似“镦-拔-镦”的连续加载压力作用而产生持续形变，它将以往独立的细晶制备工序通过模具结构的模块化设计巧妙“植入”到镁合金挤压过程中，达到了减少或消除后续的改性处理步骤并实现了对挤出制品形状及性能协同调控的目的，为高性能镁合金短流程挤压成形技术的研究提供了新策略。. 本项目重点开展了镁合金连续变通道直接挤压成形原理和模具结构优化与变形量模型、金属流动行为及协调变形机理、热力学规律及缺陷调控、微观组织性能与强化机制等方面的研究工作，取得了如下研究成果：. （1）阐明了镁合金连续变通道直接挤压工艺原理及技术特点，针对典型镁合金连续变通道直接挤压成形中所需过渡模的数量及结构型式等进行综合优化设计，探究了过渡模结构形式及组合匹配方案，建立了连续变通道直接挤压累积变形量的理论计算模型；. （2）研究了关键工艺条件对镁合金连续变通道挤压成形中流经材料的宏观形状尺寸变化、变形流动和充填行为等影响规律，分析了其对流动顺序和变形均匀性的影响及交互作用机制，揭示了材料在流经不同且连续变化型腔通道中的变形模式及协调机理；. （3）进行镁合金连续变通道挤压成形中特征区表征及力学分析，揭示了多场多因素耦合作用条件下连续变化的剪切应力分布及温升变化规律，阐明了镁合金连续变通道直接挤压中死区、流线折叠及紊乱等缺陷形成机理，发展了抑制缺陷的调控方法；. （4）研究了挤压过程中连续变截面型腔通道内微观组织的持续演变规律，探明了连续剪切变形作用对晶粒尺寸、织构及位错分布等影响，结合断口形貌分析，确定其对镁合金晶粒细化和室温力学性能提高等方面的贡献，揭示了镁合金连续变通道直接挤压成形的强化机制。