超细晶AZ31镁合金低周疲劳性能研究(3)

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（1）惰性气体冷凝法：将材料在惰性气体气氛下蒸发，蒸发出的金属原子与惰性气体碰撞后动能降低，通过热对流输运到液氮冷却的旋转冷底板的表面，形成疏松粉末。收集后的粉末在高真空下冷压制成块体材料。

（2）机械球磨法：通过磨球与料罐之间的碰撞，使粉末发生塑性变形、加工硬化和破碎。粉碎的粉末在随后的球磨过程中发生冷焊合，再次被破碎，合金化并使晶粒不断细化至纳米级。随后将粉末加压成型便可制得纳米块体材料。

（3）非晶晶化法：将非晶材料作为前驱材料，经过适当热处理，使其转变成纳米尺度的多晶材料材料。

（4）电解沉积法：通过在阴\阳极之间施加电压(直流、脉冲)，沉积纳米量级的金属。上述方法工艺简单，对设备要求不高，生产效率较高，适用材料范围广，经济性好，比较适合于科学研究，但是其产物尺寸较小，均以薄膜形式存在，难以在工业上获得应用。为了获得块体纳米金属材料，目前多采用剧烈塑性变形法，主要制备手段包括等径角变形(Equal channel Angular Pressing, ECAP)，大比率挤压(挤压比100以上)，旋压法(Torsion Straining)，循环挤压法(Cyclic Extrusion, CEC)等[11]。上述方法均可以制备出块体材料，但对设备要求较高，制备的材料均匀性较差，晶粒分布不均匀且多属于微米尺度范围，同时易于在材料中引入织构，降低了材料的应用价值。因此，必须改进和开发新的超细晶结构材料的制备技术。

1.3.2 加工工艺的研究

(1)挤压技术

近年来，挤压工艺不断改进和完善，除了传统的正反挤压外，还出现了许多强化挤压过程的新工艺和新方法，例如，冷挤压、穿孔挤压、润滑挤压等。目前，对AZ31 镁合金进行等温挤压的研究比较多。结果显示：通过挤压变形AZ31镁合金的晶粒得到明显的细化，显著提高其强度、硬度和伸长率。

(2) 轧制技术

镁合金板材一般采用轧制成形的方法生产。温度是镁合金轧制过程中最重要的工艺参数。低温轧制时，高的应力集中可导致孪晶形核和切变断裂；轧制温度过高时，晶粒容易长大而使板材热脆倾向增大。镁合金轧制时，温度范围一般为225～450 ℃。在此温度区间和中等应变速率下，易发生动态再结晶而是轧制性能得到明显改善。现今对AZ31镁合金的轧制方式很多，如，等径角轧制、异步轧制等。这些轧制方式均能细化镁合金晶粒，使组织均匀，力学性能提高[4]。

(3) 超塑性成形技术

由于镁合金是密排六方结构，对称性低，其轴比（c/a）值为1.623，接近理想的密排值1.633，可开动的滑移系比面心立方和体心立方金属的少，使得镁合金的室温塑性较低，降低了成形能力，限制了变形镁合金的推广应用。超塑性变形的理论和模型很多，但大多数只能解释超塑性变形中的某系现象和问题。由于超塑性变形时微细的晶粒在高温下变形极其复杂，同时各研究者的试验条件各不相同，其结果存在很大的差异，所以，迄今为止，尚未形成统一的超塑变形理论[8]。

1.4镁合金的塑性变形机制及疲劳

1.4.1 镁合金的塑性变形机制

一般的，金属材料的塑性变形主要是通过位错运动实现的。因此，镁合金的塑性变形与晶体内的位错特征密切相关，而位错特征又取决于材料的晶体结构。由于镁合金的密排六方结构，使得滑移系有基面滑移系、棱柱面滑移系以及锥面滑移系。而这些滑移系的滑移又受到变形温度、变形速度、合金元素等因素的影响。

又由于镁及镁合金为hcp的晶体结构，所以孪生也是塑性变形的重要变形机制。在一个相当宽的范围内，滑移和孪生是相互竞争的应力释放形式。在镁合金中，一般存在两种孪生模式。一种是{10-12}孪生。理论上来说，这种孪生是镁合金内最容易发生的，但是并不是任何情况下都能发生。只有沿C轴方向受拉或者沿垂直于C轴方向受压应力时才会发生，所以这种孪生又称为拉伸孪生。另一种是{10-11}孪生，该孪生为镁合金中的压缩孪晶。其与拉伸孪生的应力状态正好相反[5]。