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AZ31镁合金是国内外普遍应用的一种高性能变形镁合金,深入探讨该合金的低温力学特性有助于进一步扩展其工程应用范围。本文采用低温单轴拉伸、低温单轴压缩实验技术和金相显微分析、扫描电镜分析(SEM)以及X射线衍射(XRD)等测试分析技术,在室温(RT)至液氮(77K)温度范围内,对AZ31镁合金轧制板材、挤压棒材和退火棒材的力学行为各向异性进行了研究。轧制板材沿不同取向的拉伸试验结果表明,室温至液氮温度范围内,AZ31镁合金存在拉伸各向异性现象。随拉伸温度下降,合金的抗拉强度与屈服强度上升,延伸率下降;RD方向的抗拉强度和屈服强度分别从RT的282MPa和170MPa增至77K的399MPa和264MPa,延伸率却由16%降至5%;TD方向的抗拉强度与屈服强度分别从室温的276MPa和163MPa增至77K的346MPa和240MPa,而延伸率由RT的19%降至77K的3%。同一温度下,AZ31镁合金板材沿RD方向的强度高于TD方向,而TD方向的延伸率仅在室温高于RD方向。断口扫描观察结果表明,随温度下降,AZ31镁合金板材沿RD和TD方向拉伸断裂模式均由韧窝为主的塑性断裂转变为韧脆混合断裂。RD和TD方向变形组织的金相观察结果显示,拉伸断口附近形变孪晶的数量随着拉伸温度的下降而减少。挤压棒材沿不同取向的压缩试验结果表明,RT至77K范围内,AZ31镁合金棒材存在压缩各向异性现象。随压缩温度下降,合金的抗压强度和屈服强度上升,而压缩断裂应变变化不大;挤压方向的抗压强度与屈服强度分别由室温的418MPa和100MPa上升至77K的538MPa和124MPa,径向的抗压强度与屈服强度由室温的321MPa和89MPa增加至液氮时476MPa和125MPa。同一温度下,AZ31镁合金棒材沿挤压方向的强度高于径向,而压断应变则低于法向。沿两个方向的变形组织金相观察结果显示,随压缩温度下降,AZ31镁合金棒材压断试样中形变孪晶数量减少,晶粒碎化程度增加。退火棒材沿挤压方向的单轴拉伸与单轴压缩试验结果表明,与原始挤压棒材相比,退火态AZ31镁合金棒材的低温抗压强度和屈服强度显著提高,77K时分别达607MPa和151MPa。RT至77K范围内,退火态AZ31镁合金挤压棒材存在着明显的拉压屈服不对称现象,室温时拉压屈服比值为1.6,而77K则达2.0以上。