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镁合金具有高比强度、比刚度,优良的阻尼性能,以及防电磁、散热性良好等许多特性。随着人们对轻量化的重视,镁合金作为密度最低、比强度较高的一种结构材料,得到了全世界的重视。通过用镁合金替换汽车中的钢铁部件,甚至是铝合金部件,将大大减轻汽车的重量,减少CO2的排放。然而,由于镁合金具有密排六方的金属结构,在室温下成形性能较差,限制了镁合金制品的大量生产以及大规模应用。随着变形温度的升高,金属制品的生产成本急剧增高。由于镁合金无法在常温下成形,同时从经济的角度出发,镁合金在中温条件(150℃~300℃)下的力学特点和变形行为获得了越来越多的关注。AZ31镁合金作为目前应用最广泛的变形镁合金,研究其在中温条件下的力学性能和变形织构,可以为镁合金的进一步发展提供理论基础,具有十分重大的意义。 本文对AZ31镁合金薄板在不同温度(常温、150℃、200℃和250℃)下进行不同应变速率(10-2/s、10-3/s和10-4/s)的单向拉伸试验,研究了变形温度和应变速率对AZ31镁合金薄板拉伸性能和断裂行为的影响。在单向拉伸试验的基础上,进一步对AZ31镁合金薄板在中温条件(150℃、200℃和250℃)下进行钢模胀形试验,测定三种温度下的成形极限图(Forming Limit Diagram,FLD),分析其在中温条件下的成形性能。此外,还研究了在应变速率为10-3/s条件下、不同温度拉伸后,合金中产生的孪晶以及织构的演化,探索中温拉伸时合金的孪生行为和变形织构。 研究发现,AZ31镁合金薄板的塑性随着变形温度的升高而增加,随着应变速率的升高而降低。合金在常温下成形性能较差,无法完成成形极限图的测试;在中温条件下AZ31镁合金薄板成形性能良好,而且随着成形温度的提高,成形性能进一步提高,表明AZ31镁合金薄板适合在中温条件下进行冲压成形。另外,与应变速率相比,温度对合金力学、成形性能和断裂行为的影响更为显著。 与合金室温时的基面滑移和孪生变形机制不同,中温条件变形时,孪晶的贡献较小,而且随着变形温度的升高,孪晶的数量减少,对变形的贡献也逐渐减弱;中温条件下拉伸变形过程中,AZ31镁合金中主要生成的是86°<1(2)10>孪晶和一定数量的34°<1(2)10>孪晶,随着拉伸温度的升高86°<1(2)10>孪晶数量减少,34°<1(2)10>孪晶数量变化不大。在150℃以10-2/s速率进行拉伸时,AZ31镁合金板材会产生双峰织构,双峰的分布与拉伸方向垂直,生成这种双峰织构的主要原因,是在拉伸过程中产生了大量的{10(1)2}变形孪晶;而250℃以10-2/s速率进行拉伸时,由于板材内部产生了动态再结晶,板材织构的双峰特征消失。