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本文采用厚度为3mm的商用热挤压AZ31镁合金板坯在上辊直径为：135mm、下辊直径为：120mm的异径两辊轧机上进行轧制,研究了不同轧制工艺、热处理工艺及其对板材组织和性能的影响,探讨了板材的断裂行为。实验结果表明：(1)在本实验条件下：异速比1.125,轧制温度300℃,AZ31镁合金板材单道次大变形异步轧制存在一个临界压下率εC,当压下率≤εC时,板材的组织和力学性能随变形量的增加而改善；当压下率>εC时,板材的组织和力学性能将从所达到的最佳状态下降。(2)道次压下率为38.1%的单道次和两道次大变形异步轧制工艺所得板材均具有细小的等轴再结晶组织,其晶粒尺寸分别从原始的13.6μm减小到2.8μm和1.0μm,板材的抗拉强度从275MPa分别增加到328MPa和350MPa,伸长率从22.2%分别增加到26.5%和30.8%,板材内部织构均得到了一定程度的软化；轧制后板材在经过300℃×30min退火后,组织均匀化程度显著提高,晶粒尺寸略有增大,分别为3.3μm和2.1μm,抗拉强度分别下降了3.96%和4.0%,伸长率分别提高了24.5%和21.1%。(3)异步轧制后热轧态AZ31镁合金板材的组织和性能在随后的加热过程中的变化与退火工艺具有密切的关系。在200℃退火时,随保温时间的延长,板材的组织和力学性能均未发生太大的变化；在300℃退火30min,板材组织发生了再结晶过程,获得均匀细小的等轴晶,当保温时间增加到60min时,存在部分再结晶晶粒长大；在350℃退火30min和60min,均在完成再结晶的同时晶粒长大；在300℃和350℃不同保温时间退火后,板材的抗拉强度和伸长率均发生了显著变化；在300℃×30min退火后,压下率为38.1%的单道次异步轧制AZ31镁合金板材的综合性能较好,室温抗拉强度为315MPa,伸长率为33.0%；(4)压下率为38.1%和44.5%的AZ31镁合金板材经不同的退火处理后,二者的平均晶粒尺寸、显微硬度、抗拉强度和伸长率变化规律相似；所不同的是,与压下率为38.1%的异步轧制板材相比,压下率为44.5%的在350℃退火60min时,存在晶粒异常长大现象；(5)通过SEM分析得到：经两道次异步轧制后,AZ31镁合金板材的断裂单元明显减小,韧性断裂特征越来越显著。