镁合金具有比强度和比刚度高、减振性好、电磁屏蔽性能优异等优点，被广泛应用于航空航天、国防军事、汽车、电子等领域。镁合金具有密排六方晶体结构，室温下可开动的独立滑移系有限，导致其室温塑性变形能力较差，同时相比于其他金属材料其强度也较低。因此，如何改善镁合金的强塑性一直是国内外学者关注和研究的重点。目前晶粒细化已成为改善镁合金强塑性的常用方法，可以提高镁合金的强度同时又不会降低其塑性，为此研究人员开发出了一系列新型工艺制备超细晶镁合金，使其具有良好的综合性能。

最近，西北工业大学韩廷状和重庆大学黄光胜教授等人提出了一种新型大塑性变形工艺—累积挤压（AEB），可大幅度降低累积挤压过程的变形温度，有效地细化镁合金板材晶粒；同时利用三向压应力状态特点可提高镁合金在变形过程中的单道次变形量，可实现在中低温条件下镁合金板材的结合，且具有较好的界面结合质量。随后利用人工冷却方式对AEB工艺进行优化，利用水比热容较大的特点快速吸收挤压后板材的热量，从而抑制其晶粒长大，进一步提高镁合金板材的强度与塑性。研究结果表明，利用人工冷却优化后的AEB工艺制备的AZ31B镁合金板材屈服强度提高41 MPa，抗拉强度提高55 MPa，同时具有较高的断裂延伸率~31.5%。本研究成果可为低成本制备高强度高塑性镁合金板材提供理论基础和科学依据，推进镁合金板材的工业化应用。

本文系统研究了在150 ℃ ~ 250 ℃温度下累积挤压过程中AZ31B镁合金板材的微观组织变化，结果如图1所示。可以看出，挤压初始时金相组织出现了的大量孪晶，贯穿整个晶粒，并没有发现细小的再结晶晶粒。这主要是由于在挤压变形的初始阶段镁合金在三向压应力下发生镦粗变形，压应力垂直于晶粒的c轴，有利于{10-12}拉伸孪晶的产生。随后发生动态再结晶(DRX)，在初始晶界处及孪晶附近开始出现少量的细小晶粒，形成“链状组织”，并且孪晶数量明显减少。随着挤压的进行，动态再结晶晶粒体积分数逐渐增加，在定径带处，原始大晶粒全部转变成细小的动态再结晶晶粒，其平均晶粒尺寸为~ 0.9 μm。然而，镁合金板材出了挤压模具后在空冷过程中晶粒明显长大，平均晶粒尺寸增大到~ 3.8 μm。

图1 (a) - (f)为150℃挤压中断样品不同位置的金相组织图

重点研究了人工冷却方式对镁合金板材微观的影响，结果如图2所示。相比于累积挤压工艺制备的镁合金板材，人工冷却处理可以使镁合金板材的晶粒明显细化，这是由于在水冷过程中散热较快使晶粒没有足够的能量长大。150 ℃试样的晶粒尺寸减小到2.5 μm，在某些稍大晶粒周围仍保留有晶粒尺寸在1 μm左右的小晶粒；随着挤压温度升高，平均晶粒尺寸逐渐增大，同时还可以看出，板材内残余应变也逐渐减少，在250 ℃试样中只有极少部分小晶粒内残留有少量应变。人工冷却处理对挤压后板材的晶粒取向影响不大，板材的织构仍表现为ED方向的双峰织构，但织构强度明显升高。综合考虑，累积挤压结合人工冷却工艺虽然未能保留定径带处的再结晶晶粒尺寸，但其仍是一种有效地细化晶粒的技术手段。

图2 人工冷却处理的累积挤压变形后的金相图，KAM图和(0002)极图

晶粒细化可以提高镁合金板材的延伸率，在150 ℃温度下，人工冷却处理可以进一步细化镁合金的晶粒，然而其延伸率没有明显的变化。由图2可知，人工冷却处理在进一步细化镁合金晶粒的同时还使其部分晶粒内残留少量应变。因此可以推测，镁合金板材延伸率没有进一步改善的原因是由于其晶粒内残留少量应变。为了验证此推测，本研究还探索了退火温度对累积挤压变形结合人工冷却处理的镁合金板材组织的影响，如图3所示。结果表明，在200℃温度下退火1 h，镁合金板材的微观组织没有明显变化，平均晶粒尺寸为~ 2.4 μm，随着退火温度的升高，镁合金板材的晶粒明显长大。经200 ℃退火后镁合金晶粒内残余应变量明显减少，并且只分布在少量晶粒以及晶界处；随着退火温度的升高，板材中的残余应变逐渐减少，在300 ℃温度下退火，镁合金中的残余应变基本被消除；退火后镁合金的晶体取向变化不大，仍在ED方向表现为双峰织构。

图3 不同温度退火试样的EBSD图，KAM图和(0002)极图

本研究还探索了不同工艺制备的镁合金板材的力学性能演变规律，结果如图4所示。结果表明，AZ31B镁合金板材在150 ℃累积挤压过程中进行人工冷却处理，导致其屈服强度提高至184 MPa，抗拉强度提高至391 MPa，延伸率提高至31.5%；在200 ℃退火后，板材的屈服强度略微降低到179 MPa，而延伸率由31.5 %进一步提高到~ 33.0 %，表明累积挤压结合人工冷却方式可制备综合性能优异的镁合金板材。

图4 不同试样的力学性能

综上所述，本研究提出的累积挤压结合人工冷却工艺能够有效地细化镁合金晶粒，同时发散织构，从而提高镁合金的强塑性，可为低成本制备高强度高塑性镁合金板材提供理论基础和科学依据，推进镁合金板材的工业化应用。

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