基于室温多向高速预变形的镁合金微观组织及织构演变规律研究

In this study a commercially AZ31 magnesium alloy hot rolled plate with a strong basal texture will be chosen as the starting material. Two types of specimens are cut from this plate. Multi-directional dynamic plastic deformation (DPD) will be carried out at room temperature with different strain paths and strains. The microstructure and texture evolution during multi-directional deformation will be quantitatively characterized using electron backscatter diffraction (EBSD). Twining behaviors of grains with various orientations under different deformation paths will be systematically investigated. The effect of twining structure induced by pre-deformation on subsequent deformation behavior and its underlying mechanism will be discussed in detail, demonstrating the influence of deformation condition on nucleation, growth, stability and variant selection mechanism of twinning as well as their crystallographic characteristics and interactions. The role of different types of twins produced by pre-deformation and subsequent deformation in refining grain size and optimizing crystallographic texture will be predicted, providing theoretical foundation to multi-directional processings of magnesium at room temperature with high strain rate.

本课题拟选择具有很强基面织构的商用AZ31（Mg-3%Al-1%Zn）镁合金热轧板材，设计不同初始取向的正八棱柱体样品，选择不同的变形路径和变形量，在室温下进行多向高速DPD压缩变形；利用EBSD技术对多向变形过程中的微观组织及织构进行定量表征，系统研究不同晶粒取向及变形路径下镁合金的孪生行为，深入分析DPD预变形产生的孪晶组织对后续变形行为的影响极其机制，阐明变形条件对孪生及其变体选择机制、孪晶形核长大及稳定性、孪晶片层晶体学特征及其相互作用等的影响规律；揭示预变形及后续变形产生的多种不同孪晶类型在细化晶粒和调控织构方面所发挥的作用，为探索室温多向高应变速率加工工艺的技术原型提供理论指导。

本课题选择具有很强基面织构的商用AZ31（Mg-3%Al-1%Zn）镁合金热轧板材，设计不同初始取向的样品，选择不同的变形路径和变形量，在室温下进行单向压缩、单向拉伸、平面应变压缩和多向压缩变形；利用EBSD技术对变形过程中的微观组织及织构进行定量表征，系统研究不同晶粒取向及变形路径下镁合金的孪生行为，深入分析预变形产生的孪晶组织对后续变形行为的影响极其机制，阐明变形条件对孪生及其变体选择机制、孪晶形核长大及稳定性、孪晶片层晶体学特征及其相互作用等的影响规律；揭示预变形及后续变形产生的多种不同孪晶类型在细化晶粒和调控织构方面所发挥的作用。研究表明：（1）本研究发展的晶体塑性模型可以较好的模拟实际的变形力学曲线。不同样品的力学性能曲线的差异性与其在变形过程中激活的变形机制的差异有关，而变形机制的激活则是由初始取向决定的。孪生行为与两个角度密切相关，一个是晶粒c轴与压缩方向之间的夹角，表示晶粒偏离压缩方向的程度；另一个是基面上的a轴与压缩方向在基面上投影的夹角，表示当c轴与压缩方向关系确定时，晶粒绕着c轴旋转的程度。在加载方向确定的情况下，通过这两个参数可以预测孪生变体选择情况；（2）在平面应变压缩过程中，孪生变体的选择主要由沿压缩方向的孪生施密特因子决定，并受约束方向的影响，因有特定的约束条件，可用孪生应变张量来解释不同类型孪生晶粒的变形情况；（3）多向变形可极大提高镁合金的塑性变形能力，并充分发挥孪生细化晶粒的作用。通过TD-RD-ND方向循环多次变形，累积应变可以达到200%左右，材料的塑性和强度获得了显著的提高。力学性能的提高主要是由于变形过程中的孪生所调控的；多向压缩中产生的多向孪晶可以切割细化晶粒弱化基面织构，而退孪晶的发生使得已出现的孪晶片层转回初始位置，孪晶界面消失，不利于细化晶粒和弱化织构；（4）可综合运用孪生施密特因子和应变协调因子来解释镁合金的不同变形方式下孪生变体选择规律。