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本文提出了一种新的超塑性变形工艺--T形通道挤压变形(T-shape channelpressing,TCP),设计并制造了TCP模具,研究了623 K时挤压道次对Mg-Mn-Ce合金组织演化和室温力学性能的影响,探讨了TCP变形后镁合金的超塑性变形机理。研究结果表明,TCP变形可显著细化Mg-Mn-Ce合金晶粒。在623 K、第4道次TCP前,镁合金晶粒逐渐细化,最小晶粒尺寸为1至2 μm,第4道次后晶粒尺寸基本不变。晶粒细化机制为动态再结晶机制,所得组织较均匀。镁合金室温抗拉强度最大值为256.37MPa,比原始态抗拉强度提高21.36％,室温延伸率最大值为17.69％,此值比原始态延伸率7.60％增大132.8％。在温度为673 K、应变速率为3×10-3 s-1和4×10-4 s-1时,延伸率分别为608％和442％,均体现出优良的超塑性。超塑性变形机理为晶界滑移机制,拉伸试样断口SEM观察显示断裂特征为沿晶或晶内韧窝的混合型断裂。
等通道转角挤压变形(equal-channel angular pressing,ECAP)是剧塑性变形工艺中研究最为广泛的变形方法之一。本文也对变形温度为573 K、总应变量为5.9和路径为Bc的ECAP变形后Mg-Mn-Ce合金组织演变和力学性能以及超塑性变形机制进行了探讨。结果表明,镁合金晶粒发生动态再结晶而细化,最小平均晶粒尺寸约为1至2μm,显微组织结构较均匀。镁合金室温强度有所提高,而延伸率略有下降,在373 K、423 K和473 K时强度提高,延伸率降低。镁合金强度的提高归因于材料晶粒尺寸的减小,而延伸率降低的原因还有待进一步研究。在温度为673 K,应变速率为4×10-4 s-1时,延伸率高达507％,组织较稳定,最大晶粒尺寸<8μm,应变速率影响因子为0.68,超塑性变形机制为晶界滑移机制。在773 K拉伸时,晶粒长大明显,最大晶粒尺寸约为20μm。晶界处的Mg12Ce相对晶粒长大起钉扎作用,可阻止晶粒长大。
最后,采用了多向锻造技术(multi-directional forging,MDF)对大块Mg-Mn-Ce合金进行了不同道次的塑性变形,研究其对Mg-Mn-Ce合金组织和力学性能的影响。研究结果表明,镁合金在MDF过程中显微组织演化分为三个不同阶段：第一阶段真实应变量ε≤0.60,其晶粒细化机制为单纯的机械式击碎细化机制,晶粒尺寸由初始状态的45μm细化到12μm,几乎未出现再结晶细晶粒；第二阶段真实应变量0.60<ε≤0.80时,其晶粒细化机制为形变诱导动态再结晶细化机制,平均晶粒尺寸减小至2.1μm,显微组织更均匀细小,晶界变形呈弯曲状,晶界角度也逐渐增大；第三阶段真实应变量ε≥1.50,此时晶粒演化机制为热激活晶粒长大为主导同时伴随着形变诱导动态再结晶细化机制,部分镁合金晶粒异常长大,最大晶粒尺寸达到65μm。本试验中应变量存在一个临界值εC≈0.6,当累积真实应变ε≥0.60时,将发生动态再结晶生成细小等轴状再结晶晶粒。室温抗拉强度、延伸率和显微硬度分别在第4、第4和第6道次锻造后达到最大值,分别为225.52 MPa、26.25％和55.1 HV,其中延伸率增加最为明显,比初始状态延伸率提高到3.45倍。MDF道次过多,保温时间过长,该镁合金晶粒反而异常长大,导致镁合金力学性能下降。关键诃：镁合金；T形通道挤压；等通道转角挤压；多向锻造；显微组织；力学性能