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镁合金作为目前最轻的金属结构材料,具有比强度/比刚度高、导热性好、阻尼减振、电磁屏蔽、易回收等优点,在航空航天、汽车、电子通信、国防等领域有巨大的应用潜力。镁合金板材成形技术可以获得综合力学性能优良的零件,但目前尚未得到广泛应用,一方面由于镁合金常温塑性差且变形机制复杂,另一方面镁合金板材塑性变形理论还处于起步阶段,远未完善。通过实验与模拟方法研究镁合金板材成形中变形行为和微观机制及其相互关系,具有重要的理论价值和一定的实际意义。本文选用AZ31B镁合金板材作为研究对象,围绕温热条件下镁合金板材变形开展了较为系统的实验和晶体塑性模拟,分析了变形机制的演化规律及其对板材性能的影响。主要研究内容如下:1.温热条件下AZ31B板材单轴加载实验研究在100~300~oC下对AZ31B板材开展了系统的单向拉伸、压缩实验,分析了温度、应变率、加载模式等变形条件对AZ31B板材力学性能及各向异性演化的影响;通过金相观察、X射线衍射(XRD)及电子背散射衍射(EBSD)等表征方法,分析了镁合金板材变形过程中微观组织及织构取向的演化;在AZ31B板材温热变形中,首次发现厚向异性指数(r值)异常演化规律与板条状微观组织的形成,并分析了此类现象的产生条件。2.基于多晶体塑性模型的AZ31B板材微观变形机制演化分析采用多晶体粘塑性自洽模型(Visco-Plastic Self-Consistent,VPSC模型)对AZ31B板材在100~200~oC和0~0.2应变时单轴加载实验进行模拟,定量分析了不同滑移模式及孪晶等变形机制的演化规律;系统分析了不同变形机制对晶粒取向演化的影响,结合变形机制开动率分析了镁合金板材宏观性能与织构演化规律;加载模式决定了变形中的主导变形机制,而不同变形机制的开动率演化受温度及应变显著影响,在200~oC沿轧制方向压缩时,柱面<a>滑移与基面<a>滑移开动率随加载模式不同的演化导致了r值的异常。3.AZ31B板材多晶体塑性-动态再结晶建模与分析耦合动态再结晶和多晶体塑性理论,引入基于位错密度演化的硬化方程,建立了一种多晶体塑性-动态再结晶计算模型(VPSC-DRX模型);实现了宏观应力应变、微观变形机制、织构演化与动态再结晶成核、长大过程的集成模拟;基于VPSC-DRX模型,分析了AZ31B板材变形中的动态再结晶行为,动态再结晶对AZ31B板材变形机制的影响随加载模式而不同,尽管不会改变主导变形机制类型,却显著改变其开动率,并且会降低织构强度;在200~oC沿轧制方向压缩时,基面<a>滑移导致了沿不同方向取向差演化速率的差异,进而导致了板条状组织的生成,板条状组织仍属于动态再结晶组织的一种。4.AZ31B板材成形极限实验研究与耦合动态再结晶的计算分析对AZ31B板材开展不同条件下的刚模胀形实验,分析了变形条件对板材成形极限的影响;基于Marciniak-Kuczynski沟槽理论与动态再结晶模型(VPSC-DRX模型),建立了一种成形极限计算方法,将动态再结晶的影响耦合到板材成形极限的理论计算中;根据动态再结晶的影响提出了一种缺陷演化的修正公式,提高了AZ31B板材温热条件下成形极限的预测精度;分析了不同变形机制演化与镁合金板材成形极限之间的关系,并着重分析了动态再结晶开动的影响;动态再结晶能够延缓板材缺陷的演化,同时再结晶晶粒的生成导致<c+a>滑移保持较低的开动率,有利于板材成形性能的改善。