【摘 要】
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镁合金是最轻的金属结构材料,具有诸多优点,如密度低、比强度比刚度高等,被广泛应用于交通运输、电子通讯、航天、航空等领域。与传统的密度较高的铁、铝、铜、锌等材料相比,镁资源储量丰富,矿石类型全、分布范围广,具有广阔的应用前景。因此,镁合金作为一种优秀的环保型材料,成为继钢铁和铝材之后的第三类金属材料,被广泛应用在各个领域中。加工硬化指的是材料随着冷变形程度的增加,其强度和硬度提高但塑性和韧性有所下降
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镁合金是最轻的金属结构材料,具有诸多优点,如密度低、比强度比刚度高等,被广泛应用于交通运输、电子通讯、航天、航空等领域。与传统的密度较高的铁、铝、铜、锌等材料相比,镁资源储量丰富,矿石类型全、分布范围广,具有广阔的应用前景。因此,镁合金作为一种优秀的环保型材料,成为继钢铁和铝材之后的第三类金属材料,被广泛应用在各个领域中。加工硬化指的是材料随着冷变形程度的增加,其强度和硬度提高但塑性和韧性有所下降的现象。作为提高材料强度的主要方式之一,加工硬化反映了材料在均匀塑性变形过程中抵抗进一步变形的能力,可以控制材料的塑性和可成形性,是工程材料力学行为最重要的现象之一,也是金属被广泛应用的重要依据。研究镁合金加工硬化行为的影响因素和机制,可以促进高性能镁合金的研发。本文通过单轴拉伸实验和压缩实验,研究了合金元素对镁合金加工硬化行为的影响规律;研究了变形温度和应变速率对常规二元镁合金和含LPSO相镁合金加工硬化行为的影响,提出了高强度、高加工硬化速率镁合金的设计思路。本文的主要研究成果如下:（1）研究了Mg-X二元镁合金的加工硬化行为,发现随着合金元素含量的升高,Mg-Al合金的加工硬化速率先提高后减小,在Mg-3Al合金中达到峰值;Mg-Zn合金的加工硬化速率提高;Mg-Sn、Mg-Y和Mg-Gd的加工硬化速率降低。变形初期,影响合金加工硬化能力的最主要因素是晶粒尺寸;随着变形的继续,影响非基面滑移开启难易程度因素（如晶粒取向、固溶原子）的作用更为明显。织构类型对镁合金的加工硬化行为有明显影响,强基面织构的合金中,加工硬化速率随着外加应力的增大不断减小,稀土织构的合金因为基面滑移和孪生更容易启动,变形初期加工硬化速率较低,但随着变形的继续,加工硬化速率曲线会有一个水平或上升的阶段。（2）在动态回复的作用下,所有Mg-3X合金的加工硬化能力随温度的升高而降低。但Mg-Y和Mg-Gd合金由于高温下发生了动态应变时效,导致了其应力应变曲线和加工硬化速率曲线都具有周期性锯齿状特征,并且其力学性能和加工硬化能力受温度的影响较小。在室温至150℃的温度范围内,加工硬化能力差异主要是因为晶粒尺寸和织构类型。当温度为250℃时,晶界滑移和动态回复的差异对加工硬化行为有更大的影响。（3）Mg-1Al、Mg-1Zn、Mg-1Sn、Mg-1Y和Mg-1Gd合金的应变速率敏感系数m分别为0.025,0.042,0.020,0.006和0.002,Mg-1Y和Mg-1Gd这样的含稀土合金对应变速率更不敏感。m值的大小主要和孪生变形有关,拉伸孪生增多会降低m值,而压缩孪生增多会提高m值。随着应变速率的升高,Mg-1X合金的加工硬化能力提高,这是因为高应变速率下合金中有更多的孪生参与塑性变形。（4）随着Zn元素含量的增加,当(σ-σ0.2)=40 MPa,合金拉伸时的加工硬化速率从GZ61合金的1267 MPa上升到GZ65合金的1628 MPa。LPSO相的增加使得加工硬化速率的提高。在压缩过程中,随着LPSO相含量的增加,当(σ-σ0.2)=160MPa,加工硬化速率从GZ61合金的3019 MPa下降到GZ65合金的2624 MPa,当(σ-σ0.2)=280 MPa,加工硬化速率从GZ61合金的2711 MPa上升到GZ63合金的3249 MPa又回落到GZ65合金的3019 MPa。LPSO相在压缩时发生了明显的扭折变形,这会提高合金的加工硬化速率。随着变形温度的升高,含LPSO相镁合金的强度和加工硬化速率都有所下降,GZ61和GZ63合金的延伸率上升不明显,但温度的升高对含块状LPSO相多的GZ65合金的塑性有明显提高。另外,应变速率的变化对其力学性能和加工硬化行为基本无影响。热变形实验的结果表明,LPSO相发生扭折变形,会使得位错更容易堆积,也使得高温变形时更容易发生动态再结晶,从而明显细化再结晶晶粒。
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