摘要
镁合金被称为最轻的金属结构材料，它在汽车制造、航空航天、医疗器械等领域有着广泛的应用前景。然而，镁合金的室温成形性较差，这限制了其应用。 电辅助成形技术已被证明可大幅提高室温难变形金属的成形性，但目前对于该技术的研究仍存在诸多难题。一方面，电脉冲的耦合效应对金属塑性成形的作用机理仍需深入研究。另一方面，以往的工作多集中在对金属板材进行单轴拉伸、压缩及弯曲等二维应力状态下的研究，而缺乏对型材或管材弯曲等处在三维应力状态下的研究。因此，研究脉冲电流作用下镁合金管材的微观组织演变与变形机制，对进一步丰富电致塑性理论以及开发新型的管材弯曲工艺有着重要意义。 本文以 Mg-6Al-1Zn(AZ61)挤压管为研究对象，对电辅助弯曲工艺下的管材升温规律、回弹控制、金相组织及显微硬度随不同电流密度的变化进行了研究。通过冷弯曲、热弯曲及电辅助弯曲实验，研究了在以上三种变形条件下管材的微观组织演变和塑性变形机制，分析了脉冲电流的作用机理。同时，分别研究了电辅助弯曲下沿管材弯曲切向和径向的微观组织演变，通过与冷弯曲成形后的管材进行对比，揭示了脉冲电流对促进管材均匀弯曲变形的作用机理。主要结论如下： (1) 电辅助弯曲成形工艺可以实现管材主要变形位置在较均匀的温度分布下成形；随着电流密度的增加，管材的回弹率不断降低并趋向于0；当电流密度大于26 A/mm2时，管材组织发生了明显的动态再结晶趋势；电辅助弯曲对管材起到了动态软化的作用，这大幅降低了管材的加工硬化。电辅助弯曲成形工艺综合利用电—热—力的多场耦合作用，提升了管材的弯曲成形性。 (2) 相对传统热弯曲工艺，电辅助弯曲下脉冲电流的耦合效应有效促进了管材动态再结晶过程。电辅助弯曲可以控制管材在较低热输入下快速再结晶，避免了热弯曲因加热温度过高或持续时间过长引起的晶粒长大。 (3) 电脉冲的电致塑性效应推动管材内凹侧与外凸侧的主要弯曲变形机制由拉伸孪晶向非基面滑移转变。脉冲电流通过电子风力促进了位错的迁移，使得内外侧非基面滑移系均得到激活，并形成以非基面滑移和少量拉伸孪晶为主的变形机制。 (4) 脉冲电流优化了沿管材弯曲切向变形方向的孪晶形核位置，促使孪晶的分布由无序转向有序。另外，脉冲电流提高了沿管材弯曲径向变形方向微观组织的均匀性，使得各区域由被拉长、压缩的晶粒以及变形孪晶转化为晶格结构优良的等轴晶。 (5) 脉冲电流促进了AZ61管材中的大尺寸块状Al-Mn脆性相向α-Mg基体的分解和回溶，提高了管材的塑性成形性能。
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