基于挤压-剪切复合变形的镁合金晶粒细化和织构调控机制研究

大塑性变形在细化镁合金晶粒的同时弱化基面织构，普通挤压会形成带状组织和强烈的基面织构，使得变形镁合金的强韧性不能兼得。本项目提出一种将挤压（Extrusion）与一次或连续多次剪切(Shear)（简称ES）相结合制备高性能镁合金的新方法。项目以ES挤压的变形行为、宏微观物理本质等方面为研究对象，对ES挤压晶粒细化与织构调控进行基础科学研究。具体内容包括：基于镁合金高温本构、率相关晶体塑性模型实现ES挤压的微观组织、织构演化的有限元模拟，建立ES挤压极限图；分别在热模拟机和卧式挤压机上进行ES热模拟和挤压试验，研究微观组织、织构、力学性能等；将试验结果与计算机模拟结果进行比较，研究ES挤压独特的动态回复和再结晶机制，验证并修正微观组织、织构演化模型、ES挤压极限图。本项目旨在揭示ES挤压模具结构、工艺参数与晶粒细化、织构演化以及强韧性之间的相互关系规律，为ES挤压的工业化奠定理论和技术基础。

普通挤压会形成带状组织和强烈的基面织构，降低了镁合金的塑性，大塑性变形在细化镁合金晶粒的同时弱化基面织构，使得变形镁合金的强韧性不能兼得。本项目深入研究了一种将挤压（Extrusion）与一次或连续多次剪切(Shear)（简称ES）相结合制备高性能镁合金的新方法。在不同条件下ES挤压对镁合金织构具有调控作用，ES挤压的两次剪切使更多的晶粒取向发生改变，使得基面与非基面取向共存。ES挤压后镁合金存在多种类型的织构，明显削弱了{0002}基面织构的主导地位。随着挤压的进行，晶粒取向发生了变化，纵截面上晶粒取向比横截面发生了显著变化，经过两次剪切后，变形晶粒以及晶内的拉伸孪晶几乎全部转变为再结晶晶粒，再结晶机制是连续动态再结晶。基于热模拟和数值模拟的镁合金挤压剪切的研究与验证表明ES挤压中镁合金发生了特有双级动态再结晶，ES成形可以明显增加累积应变，镁合金坯料的微观组织经过挤压-剪切逐步细化。探索了ES变形的第二相细化机制和对基体细化的机制粒子剪切及钉扎机理，ES挤压可将块状的第二相或基体在剪切后逐步变成颗粒状，且在随后的剪切过程中它们被剪切成颗粒状，弥散分布在镁基体上。在镁合金ES热挤压过程中动态再结晶是分阶段与模具转角相关的多级动态再结晶；初步建立了ES挤压速度和坯料预热温度直接的关系建立了挤压极限图，可以初步指导ES挤压速度-挤压温度的工艺参数的选择。ES挤压和普通挤压不同，ES挤压可显著细化坯料表面和心部微观组织，同时提高变形的均匀性，ES挤压在提高镁合金的强度的同时，还可以提高镁合金的塑性；ES挤压过程镁合金的塑性变形机制主要是滑移和孪生协同作用的结果；降低ES模具转角可促进镁合金晶粒细化，提高镁合金的综合性能，但是对模具强度和设备的挤压能力要求显著提高。本项目揭示了ES挤压模具结构、工艺参数与晶粒细化、织构演化以及强韧性之间的相互关系规律，为ES挤压的工业化奠定了理论和技术基础。发表学术论文14篇，SCI收录9篇，EI收录14篇。获得国家发明专利1项，出版专著1部，培养硕士研究生4名。