最近几年,表面机械研磨处理(SMAT)被认为是非常有效的表面纳米晶化技术。SMAT可以将表面的晶粒尺寸细化到纳米级,并形成梯度纳米结构。由表及里,晶粒尺寸逐渐增大。梯度纳米结构可以明显改善合金的综合力学性能,在显著提高强度的同时还能保持一定的塑性。通过SMAT技术,在商用AZ31镁合金热轧板表层中产生了纳米级晶粒。采用光学显微镜(OM)、透射电子显微镜(TEM)、电子背散射衍射(EBSD)、纳米压痕仪和配备了视频引伸计的Instron-3382拉伸机等设备,分析了经过SMAT处理后的AZ31镁合金的微观组织和力学性能。OM研究表明SMAT处理后,镁合金形成了梯度组织结构;TEM研究表明,晶粒细化可归因于位错的运动和动态再结晶的发生。在距离表面较深的粗晶区域,由于变形量小,位错缠结和位错胞壁的产生是晶粒细化的早期阶段,位错滑移起到细化晶粒的作用。在亚微米晶层,随着应力和应变的增加,晶界取向差增加,样品中的高应变会降低动态再结晶温度。SMAT过程中,在高应变速率下的大塑性变形会把机械功转换为热量,随着温度的升高,发生经典动态再结晶,细化晶粒。在纳米晶层,随着应变累积到最大值,位错逐渐被晶界吸收,相邻晶界取向差明显增大,大角晶界数量明显增多,说明发生了旋转再结晶。在本文中,SMAT镁合金的组织特征显示经典再结晶晶核只在少量局部区域发现,而大多数区域发生晶界取向差连续增加的旋转再结晶。在晶粒细化过程中,同时发生了旋转再结晶和经典再结晶,旋转再结晶为主要晶粒细化机制,经典再结晶起次要作用。纳米压痕硬度分析表明,由表及里,硬度逐渐降低,硬度变化呈现出先急剧下降,再缓慢下降,最后基本不变的趋势。拉伸试验研究表明,不同层表现出不同的力学性能,由表及里,纳米层、亚微米层、粗晶层的强度逐渐降低,延伸率逐渐增大。图32幅;表7个;参94篇。