导读：本研究采用人工水冷的累积挤压结合(AEB)工艺成功地制备了AZ31B镁合金薄片，对其组织和力学性能进行了系统的研究。结果表明，加工温度对挤压过程中组织的演变有重要影响。采用人工冷却的方法降低了挤压模晶粒的生长速度，使得晶粒从11μm细化到2.5μm。在150℃人工冷却条件下加工的试样微观组织中也出现了局部高位错密度区域，并随着加工温度的升高而降低。由于晶粒细化，试样的强度和延性显著提高（YS为186 MPa和145 MPa，UTS为391 MPa和336 MPa，FE为31.5%和24.5%）。随后，通过不同温度的退火处理来消除高位错密度。200 ℃退火后的试样YS为179 MPa, UTS为390 MPa, FE为33.0%。

具有超细晶粒(UFG)组织的镁合金表现出了高强度和延展性的良好结合。到目前为止，严重塑性变形(SPD)加工一直被称为创造UFG材料最重要的方法，包括高压扭转(HPT)、循环挤压压缩(CEC)、多向锻造(MDF)、约束槽压（CGP）、等通道角挤压(ECAP)、累计轧制(ARB)等等。然而，大部分的SPD技术仍处于实验室规模，不适合工业生产。其中，ARB工艺已被证明是工业规模上最有前途的连续生产大块UFG镁板的SPD技术。而镁合金板材的成形性较差，通常采用超过300℃的高温来防止轧制过程中边缘开裂的发生。较高的加工温度一般会导致晶粒长大，使ARB工艺的晶粒细化效果减弱，限制了其广泛应用。

之前的研究提出了一种新的累积挤压连接(AEB)技术。由于AZ31B合金薄板在挤压产生静水应力作用下具有良好的塑性变形能力，因此可以在较低的温度下加工而不会产生边缘开裂。在微观结构演变过程中，基体晶粒完全转变为动态再结晶晶粒，平均尺寸为1.4μm。而由于塑性变形和摩擦引起的放热，使得在模具出口附近的实际温度高于初始设定温度，导致板材从挤压模退出后晶粒明显增加到4.5μm。这在很大程度上抑制了AEB工艺对晶粒细化的影响。为了充分利用AEB工艺，进一步的工作主要集中在减缓挤压模外晶粒的生长。

为此，太原科技大学韩廷状等人联合重庆大学、太原理工大学对AEB工艺进行了人工水冷却，以降低挤出模晶粒的生长速率，系统地研究了其微观组织演变和力学性能。采用人工冷却的方法降低了挤压模晶粒的生长速度，使得晶粒从11μm细化到2.5μm。通过不同温度的退火处理来消除高位错密度。200 ℃退火后的试样YS为179 MPa, UTS为390 MPa, FE为33.0%。相关研究成果以题“Improved strength and ductility of AZ31BMg alloy sheets processed by accumulated extrusion bonding with artificial cooling”发表在镁合金顶刊Journal of Magnesium and Alloys上

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jma.2020.06.022

加工温度对组织演变有很大影响。在150℃和200℃处理的样品中，在初始阶段可获得{10-12}孪晶边界。通过CDRX工艺，孪晶后的显微组织不断发展，形成了倾斜的双峰基体织构。而对于250℃的试样，在挤压早期几乎没有观察到孪晶，并发现了新的细小的干化晶粒。当薄片从挤压模中退出后，晶粒长大，晶粒尺寸随着挤压温度的增加而增大。

图1 (a) EBSD图和(b)(0002)接收板的极点图

图2人工冷却AEB工艺原理图

图3断续挤压样品的微观结构观测位置沿本文的思路进行

图4在150℃的AEB中，不同位置的显微组织:(a) - (f)从1mm到25mm，在锥模和尺寸带放大图像

图5 (a) - (f) 200℃下AEB期间1mm ~ 25mm不同位置的微观结构

图6 200℃中断样品的KAM图(a) 1 mm， (b) 5 mm， (C) 9 mm， (d) 11.5 mm， (e) 15 mm和(f) 25 mm

为了降低挤压模外晶粒的生长速度，在挤压过程中进行了人工冷却。因此，150℃处理后的样品颗粒可以进一步细化到2.5μm；残余应变不完全释放，主要分布在较细的晶粒中;随着挤压温度的升高，其内部残余应变逐渐减小。采用人工冷却工艺，可提高力学性能。由于进一步细化晶粒，AC-150℃试样的屈服强度提高到186 MPa，且与未经过人工冷却试样的延性基本一致。

图7 (a) - (f) 250℃下AEB期间1mm ~ 25mm不同位置的微观结构

图8 (a) 150℃、(b) 200℃和(C) 250℃样品的EBSD图和(0002)极点图

图9 (a) AC-150℃、(b) AC-200℃和(C) AC-250℃AEBed样品的光学显微结构、KAM图和(0002)极点图

AEBed试样的力学性能得到了明显的提高。与收到的样品相比，YS、UTS和FE分别从145 MPa、336 MPa和24.5%显著提高到178 MPa、391 MPa和31.5%。强度的提高主要是晶粒细化的结果，而塑性的提高是由晶粒细化和织构演变的综合作用引起的。

图10各试样的真实应力-应变曲线

图11 EBSD图、KAM图以及(a) 200℃-1 h、(b) 250℃-1 h和(C) 300℃-1 h的(0002)极点图

对AC-150℃试样进行退火处理，研究局部高位错密度对力学性能的影响。200℃退火后，试样的位错密度降低，综合力学性能最佳，YS为179 MPa，UTS为390 MPa，FE为33.0%。

图12 (a)各试样的真实应力-应变曲线;(b)相应的力学性能