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1 绪论 1

1.1 镁合金的特性 1

1.2 镁合金的分类 2

1.3 镁合金的应用 3

1.4 镁合金强韧化方法 5

1.4.1 固溶强化 5

1.4.2 第二相强化 6

1.4.3 时效沉淀强化 6

1.4.4 晶粒细化 6

1.4.5 热处理强化 7

1.4.6 复合强化——镁基复合材料 8

1.4.7 合金化 8

1.4.8 控制温度和应变速率 8

1.4.9 控制织构 8

1.5 镁合金应用中存在的瓶颈问题 8

1.6 细化晶粒对提高镁合金性能的意义 11

参考文献 15

2 镁合金普通挤压过程晶粒细化及调控 17

2.1 凹模型线对镁合金棒材裂纹形成的有限元和实验研究 17

2.1.1 模拟和实验 17

2.1.2 实验结果与分析 20

2.2 新型Mg-Zn-Mn变形镁合金的挤压特性与组织性能研究 25

2.2.1 材料制备与实验方法 25

2.2.2 实验结果与分析 26

参考文献 30

3 镁合金挤压剪切过程物理模拟研究 32

3.1 镁合金的普通挤压研究 32

3.1.1 普通挤压工艺 32

3.1.2 普通挤压工艺对组织和性能的影响 32

3.2 镁合金的等径角挤压研究 33

3.2.1 等径角挤压工艺 33

3.2.2 等径角挤压工艺对组织和性能的影响 34

3.3 EX-ECAE复合工艺 36

3.4 金属热挤压变形的物理模拟 36

3.5 有限元法 37

3.6 模拟与实验方法 40

3.6.1 挤压剪切的模拟研究 40

3.6.2 实验方法 46

3.7 挤压剪切工艺物理模拟结果与分析 49

3.7.1 挤压剪切的物理模拟 50

3.7.2 组织不均匀的原因 51

参考文献 52

4 AZ31镁合金挤压剪切过程晶粒细化机制研究 56

4.1 影响ES变形挤压力的因素 57

4.1.1 温度 57

4.1.2 速度 57

4.1.3 摩擦 59

4.2 ES挤压后的模具状况 60

4.3 ES变形AZ31镁合金的组织分析 60

4.3.1 挤压后纵截面的组织演变 61

4.3.2 挤压后横截面组织演变 65

4.3.3 X射线衍射实验结果分析 67

4.3.4 EBSD实验结果分析 69

4.4 ES变形AZ31镁合金的力学性能 70

4.4.1 显微硬度测试 70

4.4.2 压缩性能分析 71

4.4.3 拉伸性能分析 72

4.4.4 拉压不对称性 73

4.4.5 断口失效分析 74

4.5 影响组织和性能的主要因素 77

4.6 AZ31镁合金ES工艺的形核机制和细化机理 78

4.6.1 ES变形对组织的影响及形核机制 78

4.6.2 ES变形过程中的动态再结晶机制 79

4.7 ES挤压过程的有限元分析 79

4.7.1 网格的变形行为 80

4.7.2 应力分析 81

4.7.3 应变分析 82

4.7.4 应变速率分析 83

参考文献 84

5 挤压剪切细晶强化后镁合金AZ61组织和性能的研究 85

5.1 实验过程及内容 88

5.1.1 ES挤压模拟 89

5.1.2 ES挤压实验 90

5.2 420℃挤压变形微观组织与性能研究 92

5.2.1 ES变形微观组织 94

5.2.2 ES变形与普通挤压所制备镁合金微观组织比较 95

5.2.3 初始状态不同时的性能研究 98

5.3 ES变形微观组织与性能分析 102

5.3.1 不同的变形温度 103

5.3.2 不同部位 108

5.3.3 不同初始状态 113

5.3.4 模拟挤压的有限元分析 116

参考文献 122

6 挤压剪切过程多物理场对镁合金微观组织的影响 125

6.1 挤压剪切过程多物理场演化仿真 128

6.1.1 挤压剪切过程的物理场演化仿真参数的选择 133

6.1.2 挤压剪切过程挤压力演变仿真 133

6.1.3 挤压剪切过程等效应变演化 137

6.1.4 挤压剪切过程挤压速度场演变 140

6.1.5 挤压剪切过程温度场的变化 144

6.2 挤压剪切的微观组织与力学性能 147

6.2.1 挤压剪切实验结果 147

6.2.2 晶粒取向变化 151

6.2.3 显微硬度 153

6.2.4 挤压比为12，转角为120°的ES挤压与普通挤压 153

6.2.5 挤压比为12，转角为135°的ES挤压 172

6.2.6 挤压比为18的ES挤压 178

6.2.7 挤压比为22的ES工艺 179

6.2.8 影响ES工艺的因素 187

参考文献 188

7 镁合金轧制过程晶粒细化及调控 193

7.1 镁合金板材轧制成型的研究进展 193

7.1.1 镁合金轧制成型的特点 193

7.1.2 提高镁合金轧制成型性的途径 194

7.1.3 基于有限元技术的板带轧制研究的进展 200

7.2 初始宽度对AZ31轧制板材组织性能的影响 204

7.2.1 材料准备和实验方法 204

7.2.2 实验结果和分析 205

7.3 递温镁合金板的轧制实验和数值仿真 209

7.3.1 数学模型 209

7.3.2 实验方法和有限元模拟 211

7.3.3 结果与讨论 212

参考文献 233

8 Mg-Zn-Ca镁合金的晶粒细化机制及调控 239

8.1 实验材料及实验方法 245

8.1.1 实验合金的成分设计 246

8.1.2 实验合金的熔炼制备 246

8.1.3 实验合金的热处理 247

8.1.4 组织与性能测试方法 248

8.2 实验结果与分析 249

8.2.1 Mg-3.8 Zn-2.2 Ca-xCe镁合金的组织和性能 249

8.2.2 Mg-3.8 Zn-2.2 Ca-xSn镁合金的组织和性能 263

8.2.3 Mg-3.8 Zn-2.2 Ca-xZr镁合金的组织和性能 277

8.2.4 分析与讨论 288

参考文献 293

9 稀土元素对耐热镁合金的晶粒细化作用机制 298

9.1 耐热镁合金 299

9.2 合金元素对镁合金组织和性能的影响 300

9.2.1 Sr对镁合金组织和性能的影响 300

9.2.2 Gd对镁合金组织和性能的影响 301

9.2.3 Y对镁合金组织和性能的影响 301

9.3 实验材料和实验方法 304

9.3.1 Mg-3.8 Zn-2.2 Ca-Sr/Gd/Y镁合金的成分设计 304

9.3.2 Mg-3.8 Zn-2.2 Ca-Sr/Gd/Y镁合金的熔炼制备 305

9.3.3 Mg-3.8 Zn-2.2 Ca-Sr/Gd/Y镁合金的热处理 306

9.3.4 组织与性能检测方法 307

9.4 实验结果 309

9.4.1 Sr添加对Mg-3.8 Zn-2.2 Ca镁合金组织和性能的影响 309

9.4.2 Gd添加对Mg-3.8 Zn-2.2 Ca镁合金组织和性能的影响 326

9.4.3 Y添加对Mg-3.8 Zn-2.2 Ca镁合金组织和性能的影响 342

9.5 分析与讨论 359

9.5.1 Sr对Mg-3.8 Zn-2.2 Ca镁合金晶粒细化的影响分析 359

9.5.2 Gd和Y对Mg-3.8 Zn-2.2 Ca镁合金晶粒细化的影响分析 363

参考文献 365

索引 370