论文摘要
镁及镁合金作为21世纪的绿色结构材料在工业上,尤其是航空领域,有巨大的应用潜力。然而,镁合金绝对强度偏低、延展性和耐腐蚀性差等缺点极大地限制了其广泛应用。针对这些问题,本文根据材料在变形过程中的三向受力状态设计了一种新型的等通道转角挤压(ECAP)工艺,使得纯镁这种难加工材料得以在室温下进行等通道转角挤压强塑性变形。本文通过在纯Mg挤压试样表面包覆一定厚度的纯铁外壁,采用C路径以1.5mm/s的速度对纯镁进行多道次挤压；利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、万能拉伸试验机及电化学测试等方法对等通道转角挤压(ECAP)前后纯镁的微观组织观察、力学性能及腐蚀性能进行了分析。结果表明：(1)用纯铁作为纯镁包覆外壁的创新型挤压工艺可以实现室温条件下纯镁的等通道转角挤压,获得没有裂纹和缺陷的纯镁试样；且ECAP挤压纯镁试样的好坏与纯铁外壁的厚度有直接的关系。(2)用该方法对纯镁进行室温等通道转角挤压可以实现晶粒的显著细化。随着挤压道次的增加,晶粒尺寸减少并趋于均匀,经过四道次挤压后的晶粒最细小均匀(晶粒大小为2um左右)。同时,经室温等通道转角挤压(ECAP)后,纯镁的晶粒取向发生明显变化。经过挤压后纯镁的晶粒取向由原先随机分布的取向特征逐步转向柱面和锥面。(3)经过等通道转角挤压后的纯镁硬度和室温拉伸性能都有了显著提高。随着挤压道次的增加,硬度持续增加；抗拉强度在4道次挤压后达到最大值,而在2道次挤压后延伸率最高。拉伸断口分析结果表明,铸态纯镁的室温拉伸断裂行为为脆性断裂,而经挤压后的纯镁断裂方式由脆性断裂开始转化为韧性断裂。(4)铸态纯镁经过自腐蚀测试后,腐蚀点在其表面的腐蚀是局部的；而挤压态的试样表面腐蚀点分布更加均匀,经过挤压后的纯镁随着挤压道次的增加,它的腐蚀表现为由局部腐蚀向均匀腐蚀转化的特征。腐蚀性能测试结果表明,纯镁经室温ECAP挤压后虽然晶粒显著细化,但是变形产生的晶粒细化伴随着晶界等晶体缺陷的增多使得挤压后的试样更容易腐蚀,因而在自腐蚀性能测试中失重更多,电化学曲线中的腐蚀电流增大。此外,经室温ECAP挤压后,纯镁晶体内部缺陷的形成加快了表面氧化膜在空气和溶液中的形成,使它的腐蚀电位提高,然而快速形成的氧化膜、氢氧化镁薄膜不能长久提高纯镁在NaCl溶液中的钝化能力。