【摘 要】
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相比于其它金属,镁合金具有密度小以及电磁屏蔽性较好等特点。但是由于镁合金的晶体结构导致其塑性成形能力较差且力学性能较低,从而限制了其应用范围。在工业上常用挤压法对镁合金进行变形加工,从而制得具有较好力学性能的管棒型材等产品。然而挤压材力学性能的调控往往需要通过大量的工艺实验来弄清工艺参数变化对组织性能的影响规律,从而获得挤压材合理的工艺窗口。但这一过程存在工作量大、周期长以及实验成本较高等问题。通
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相比于其它金属,镁合金具有密度小以及电磁屏蔽性较好等特点。但是由于镁合金的晶体结构导致其塑性成形能力较差且力学性能较低,从而限制了其应用范围。在工业上常用挤压法对镁合金进行变形加工,从而制得具有较好力学性能的管棒型材等产品。然而挤压材力学性能的调控往往需要通过大量的工艺实验来弄清工艺参数变化对组织性能的影响规律,从而获得挤压材合理的工艺窗口。但这一过程存在工作量大、周期长以及实验成本较高等问题。通过数值模拟的方法,利用已有的Arrhenius本构方程以及Jmak再结晶模型来获得工艺参数和变形组织之间的关系,是材料组织性能控制的主要研究方法。本文使用DEFORM-3D有限元软件以及元胞自动机法,选用AZ80和AZ31两种典型变形镁合金,对棒材和管材在不同工艺参数下挤压过程的微观组织演变进行了研究。对于AZ80棒材挤压研究表明,在立式反向挤压墩粗阶段,在靠近挤压模部分首先发生挤压变形且在靠近边部附近存在强剪切区,并因变形热而导致温度上升,且随挤压变形量的增加,坯料变形区的温度逐渐上升,在定径带附近达到峰值。250℃挤压时,最大温升达到100℃左右,且挤压先后明显存在温度差,后挤比先挤的挤压变形温度要高。挤压温度和挤压速度对挤压载荷及其挤压过程中的变化规律有十分显著的影响。降低挤压温度会显著增加挤压载荷和变形热,且在低温段更显著。数值模拟结果表明,在低温段（250℃～350℃）挤压时,因变形热导致的温升能够明显降低挤压过程的挤压载荷,而在高温段（350℃～400℃）挤压时,温升较小,挤压载荷较平稳。提高挤压速度对挤压载荷影响较小,但会显著提高变形热,提高变形坯料的挤压变形温度,从而使得挤压载荷逐渐降低且降低速度随挤压速度增加而增加。在1mm/s速度挤压时,AZ80镁合金棒材在所有挤压温度（250℃～400℃）下均发生完全再结晶,且降低挤压温度再结晶组织呈线性细化趋势,在250℃时最细小。数值模拟结果与实验结果一致,证明组织模拟具有良好的准确性:在250℃挤压时,挤压速度在1mm/s～3mm/s时,再结晶组织变化不大,但升高到5mm/s时挤压组织明显粗化。AZ80管材与棒材挤压的挤压温度以及挤压速度对挤压载荷的影响规律相似,但挤压参数变化对挤压变形热及其导致的再结晶组织变化的影响较小,但管材高速挤压会导致再结晶组织粗化。AZ31管材挤压过程中其挤压载荷峰值略低于AZ80,而其再结晶温度要略高,并且可以看到在变形过程中晶界处会有细小再结晶晶粒产生。
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