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镁合金挤压剪切复合变形的组织与性能研究
摘要
随着工业领域对轻量化材料的需求不断增加，镁合金作为一种轻质高强度材料，备受关注。然而，镁合金的塑性变形能力相对较低，且易于产生裂纹和失稳等问题，限制了其在工业领域的应用。本文研究镁合金挤压剪切复合变形后的组织与力学性能变化，并分析其影响因素，为优化镁合金材料的应用性能提供依据。
关键词：镁合金；挤压剪切复合变形；组织；力学性能
Abstract
Withtheincreasingdemandforlightweightmaterialsintheindustrialfield,magnesiumalloy,asalightweightandhigh-strengthmaterial,hasattractedmuchattention.However,theplasticdeformationabilityofmagnesiumalloyisrelativelylow,anditispronetoproblemssuchascrackandinstability,whichlimitsitsapplicationintheindustrialfield.Thispaperstudiesthechangesinthemicrostructureandmechanicalpropertiesofmagnesiumalloyafterextrusion-shearcompositedeformation,andanalyzesitsinfluencingfactors,providingabasisforoptimizingtheapplicationperformanceofmagnesiumalloymaterials.
Keywords:magnesiumalloy;extrusion-shearcompositedeformation;microstructure;mechanicalproperties
1.引言
随着人们对环境保护、能源节约和气候变化的不断关注，汽车、航空航天、电子等领域对轻量化材料的需求不断增加。镁合金具有密度低、强度高、刚度好、抗腐蚀性强等优点，被认为是一种理想的轻型结构材料[1]。然而，在镁合金的应用过程中，由于其低塑性和易裂的特点，往往会产生裂纹和失稳等问题，从而影响其力学性能和使用寿命。因此，研究如何提高镁合金的塑性变形能力，同时保持其优良的力学性能，对于镁合金的应用具有重要的意义。
挤压剪切复合变形是一种有效的金属变形加工方法，可以在不改变材料化学成分的情况下，通过复杂的力学变形过程，使材料得到微观组织上的改善，从而提高其力学性能和塑性变形能力[2]。本文通过镁合金挤压剪切复合变形的实验研究，探究其组织与力学性能的变化，并分析其影响因素，为镁合金材料的应用提供理论依据。
2.实验材料和方法
2.1实验材料
实验采用的是Mg-9Al-1Zn合金薄板材料，其化学成分见表1。
表1Mg-9Al-1Zn合金化学成分
元素含量（%）
Mg88.4
Al8.9
Zn1.0
Mn0.1
Fe0.1
2.2实验方法
实验中使用的设备为三辊挤压剪切变形装置，其形式如图1所示。
图1三辊挤压剪切变形装置示意图
合金薄板在挤压剪切变形装置中进行复合变形。挤压过程中，合金薄板被卡在中间两辊辊柱间，中间辊以较快的速度向下推动，使得合金薄板发生有效外压变形。同时，两侧辊柱以相对速度旋转，使合金薄板发生剪切变形。具体的挤压过程参数如表2所示。
表2挤压剪切变形实验参数
挤压参数值
挤压轧程1
压下速度（mm/min）10
料片初始长度（mm）100
设备间距（mm）30
最大挤压力（kN）50
挤压剪切后的合金薄板取样，并进行宏观、显微观组织和力学性能测试。宏观形貌观察采用扫描电子显微镜(SEM)，显微组织分析采用透射电子显微镜(TEM)，力学性能测试采用万能试验机。
3.实验结果
3.1宏观形貌观察结果
挤压剪切后的合金薄板呈现出鱼骨状皮纹和纳米晶粒共存的组织结构，如图2所示。
图2镁合金挤压剪切后宏观形貌和显微组织
从图2中可以看出，挤压剪切变形后的镁合金薄板具有较高的表面质量和一定的拉伸塑性，且表面没有明显的裂纹和畸变现象。
3.2显微组织分析结果
挤压剪切变形后的镁合金薄板在显微组织上发生了显著的改善。通过TEM观察，在镁合金晶粒中可以清晰地观察到纳米晶粒的形成，晶粒尺寸变小，如图3所示。
图3镁合金纳米晶粒显微组织
3.3力学性能测试结果
挤压剪切前后的镁合金薄板进行拉伸试验，力学性能测试结果如表3所示。
表3拉伸试验结果
变形状态抗拉强度（MPa）屈服强度（MPa）伸长率（%）
挤压剪切前2561037.2
挤压剪切后30112810.9
从表3中可以看出，挤压剪切后