变形镁合金压缩变形行为及增强增韧

作为工业应用中*轻的金属结构材料，镁合金以其优异的综合性能在航空航天、交通、电子通信等领域中具有重要的应用价值和广阔的应用前景。然而，镁合金镁合金为密排六方晶体结构（hcp），室温下的独立滑移少，室温塑性差，导致其变形加工困难，这是长期以来一直困扰着镁合金领域专家的难题，在很大程度上限制了镁合金的工业化推广与应用。本书基于此背景出版。

镁合金作为最轻的金属结构材料，具有密度低、比强度和比刚度高、阻尼减振、导热性好、电磁屏蔽能力强等一系列优点，被誉为“21世纪的绿色工程材料”，受到世界各国的普遍关注。然而，镁合金为密排六方晶体结构（HCP），室温下独立滑移少，且传统轧制或挤压镁合金通常具有较强的（0001）基面织构，导致其各向异性明显，塑形变形加工困难。因此，研究镁合金的塑性变形行为及各向异性，开发增强增韧新技术，对于调控镁合金组织、改善其综合性能具有重要的理论价值和实用意义。本书是近年来著者在镁合金领域研究成果的集成，以增强增韧镁合金、改善镁合金变形加工性能为目的，论述了著者在镁合金晶粒取向与预置孪晶对镁合金压缩变形行为的影响、纳米相增强镁基复合材料、镁合金增强增韧新技术等方面的最新研究成果。
本书由3篇内容组成：第1篇主要论述了晶粒取向与预置孪晶对镁合金压缩变形行为的影响，系统讨论了在不同变形温度及应变速率条件下晶粒取向、预置孪晶对轧制AZ31镁合金塑性变形行为的影响及组织演变规律，揭示了晶粒取向、预置孪晶对微观组织的影响机理；第2篇主要探讨了通过放电等离子烧结热挤压技术制备纳米相增强镁基复合材料，系统讨论了碳纳米管（CNTs）、碳化硅颗粒（SiC）对镁基复合材料力学性能的影响，并揭示了纳米相增强镁基复合材料的增强机制；第3篇主要论述了著者开发的分流转角正挤压新技术增强增韧AZ31镁合金，系统讨论了镁合金在分流转角正挤压塑性变形过程中的微观组织演变及力学性能改善，并揭示了组织调控机理。全书内容先进、涉及面广，部分内容和技术研究属于学术前沿，著者在撰写过程中力求做到深入浅出、通俗易懂。
感谢国家自然科学基金（U1810122）、山东省高等学校青创引育计划创新团队支持计划（2019年）、烟台市高端人才引进“双百计划”（2021年）、山西省重点研发计划国际合作项目（201903D421076）、山西省高等学校优秀青年学术带头人支持计划（2018年）等项目的资助。
感谢江亮教授、黄光胜教授、Hans Jorgen Roven教授、许并社教授、樊建锋教授、董洪标教授、张尚洲教授、邓坤坤教授、王利飞副教授对本书撰写给予的悉心指导！感谢同事张强、卢太平、聂凯波、朱礼龙、仝阳、孟范超、李霞、吴冲冲等在科研工作中给予的帮助与鼓励！感谢研究生侯健、闫妍、杨牧轩、白晓青等对本书所涉及实验研究的贡献。
本书可供高等院校和研究院所材料科学与工程专业和冶金专业等相关领域的科研人员、教师和研究生阅读，也可供从事镁合金研究和生产的工程技术人员参考。由于镁合金基础研究及增强增韧技术发展非常迅速，涉及的内容与应用前沿、宽广，加上著者学术、技术水平有限，书中难免有偏颇或不足之处，恳请相关领域的专家及读者批评指正。

著者
2021年5月

张华，男，1985年10月生，烟台大学“拔尖人才”、教授，重庆大学与挪威科技大学联合培养博士，山东省高性能合金与核心部件制造工程实验室副主任、“材料科学”山东省一*流学科先进材料制造与工艺方向带头人，作为团队带头人领衔的“航空航天金属材料研究创新团队”于2019年10获批山东省高等学校青创引育计划创新团队，于2020年2月入选烟台市“双百计划”特聘专家第*二层次，曾获山西省“三晋英才”青年优*秀人才、山西省高等学校优*秀青年学术带头人等称号。近五年主持国家自然科学基金2项、省重点研发计划等项目6项。获山西省自然科学三等奖1项，授权中国发明专利21项（其中第*一发明人11项），在《Scripta Mater.》、《J. Mater. Sci. Technol.》、《Mate. Sci. Eng. A》等国际著*名金属冶金加工类学术期刊上发表 SCI 收录的学术论文73篇（其中中科院1区论文22篇），发表的学术论文在《Int. J. Plasticity》、《Acta Mater.》等国际著*名期刊上总被引用1200余次，h因子24。国内外首次实现镁合金手机外壳的室温冲压成型，成功冲压出镁合金汽车座椅座盆，减重率达65.6%，被长安汽车作为战略储备，并被新浪网、华龙网报道。担任中国有色金属产业技术创新战略联盟专家委员会委员，《材料工程》、《航空材料学报》期刊青年编委。担任《Scripta Mater.》、《J. Mater.Sci. Technol.》等13个国际著*名期刊审稿人，并多次获杰*出审稿人称号。

《变形镁合金压缩变形行为及增强增韧》以增强增韧镁合金、改善镁合金变形加工性能为目的，研究了镁合金晶粒取向与预置孪晶对镁合金压缩变形行为的影响、纳米相增强镁基复合材料、镁合金增强增韧新技术等，对增强增韧镁合金、改善镁合金变形加工性能具有重要的理论价值与实际应用意义。
《变形镁合金压缩变形行为及增强增韧》是近来著者在镁合金领域研究成果的集成，可供高等院校和研究院所材料科学与工程专业和冶金专业等相关领域的科研人员、教师和研究生阅读，也可供从事镁合金研究和生产的工程技术人员参考。

第1篇晶粒取向与预置孪晶对镁合金压缩变形行为的影响1
第1章镁合金塑性变形理论　2
1.1　镁合金的塑性变形机制/ 2
 1.1.1　镁及镁合金的滑移/ 2
 1.1.2　镁及镁合金的孪生/ 4
 1.1.3　镁及镁合金的动态再结晶/ 5
1.2　镁合金塑性变形影响因素/ 9
1.3　本章小结/ 11

第2章晶粒取向对轧制AZ31镁合金压缩变形行为的影响　12
2.1　AZ31镁合金的初始组织/ 13
2.2　AZ31镁合金的压缩流变曲线/ 14
2.3　AZ31镁合金的压缩机械性能/ 16
2.4　AZ31镁合金的压缩应变硬化率/ 19
2.5　AZ31镁合金的压缩变形微观组织/ 20
2.6　本章小结/ 27

第3章预置孪晶对轧制AZ31镁合金压缩变形行为的影响　28
3.1　预置孪晶AZ31镁合金的组织/ 29
3.2　预置孪晶AZ31镁合金的压缩流变曲线/ 30
3.3　预置孪晶AZ31镁合金的压缩机械性能/ 32
3.4　预置孪晶AZ31镁合金的压缩应变硬化率/ 34
3.5　预置孪晶AZ31镁合金的压缩变形微观组织/ 35
3.6　本章小结/ 40
参考文献　42

第2篇放电等离子烧结-热挤压制备纳米相增强镁基复合材料49
第1章镁基复合材料概述　50
1.1　镁及镁基复合材料/ 50
 1.1.1　镁及镁合金/ 50
 1.1.2　镁基复合材料/ 51
 1.1.3　镁基复合材料的研究/ 53
1.2　镁基复合材料的增强相/ 54
 1.2.1　常见的镁基复合材料增强相/ 54
 1.2.2　碳纳米管增强镁基复合材料/ 55
 1.2.3　碳化硅颗粒增强镁基复合材料/ 56
1.3　镁基复合材料的制备方法/ 57
 1.3.1　常见的镁基复合材料制备技术/ 57
 1.3.2　放电等离子烧结技术/ 59
1.4　镁基复合材料再加工工艺/ 60
 1.4.1　常见的镁基复合材料再加工工艺/ 60
 1.4.2　热挤压工艺/ 61
1.5　本章小结/ 62

第2章Mg-1Al-xCNTs镁基复合材料的组织和性能　63
2.1　Mg、Al、CNTs原始粉末/ 63
2.2　Mg-1Al-xCNTs镁基复合材料的制备/ 64
2.3　Mg-1Al-xCNTs镁基复合材料的显微组织/ 65
2.4　Mg-1Al-xCNTs镁基复合材料的密度分析/ 69
2.5　Mg-1Al-xCNTs镁基复合材料的硬度/ 70
2.6　Mg-1Al-xCNTs镁基复合材料的机械性能/ 70
 2.6.1　拉伸性能和压缩性能/ 70
  2.6.2　强化机制和断口分析/ 73
2.7　本章小结/ 76

第3章Mg-1Al-xSiC镁基复合材料的组织和性能　78
3.1　Mg、Al、SiC原始粉末/ 78
3.2　Mg-1Al-xSiC镁基复合材料的显微组织/ 79
3.3　Mg-1Al-xSiC镁基复合材料的密度分析/ 86
3.4　Mg-1Al-xSiC镁基复合材料的硬度测试/ 86
3.5　Mg-1Al-xSiC镁基复合材料的机械性能/ 87
 3.5.1　拉伸性能和压缩性能/ 87
 3.5.2　强化机制和断口分析/ 90
3.6　本章小结/ 93
参考文献　94

第3篇分流转角正挤压增强增韧AZ31镁合金99
第1章镁合金增强增韧的塑性加工技术　100
1.1　镁合金的晶粒细化/ 100
 1.1.1　大挤压比挤压/ 101
 1.1.2　等通道挤压/ 101
 1.1.3　往复挤压/ 101
 1.1.4　高压扭转/ 102
1.2　镁合金的织构调控/ 102
 1.2.1　等径角轧制/ 104
 1.2.2　异步轧制/ 105
 1.2.3　非对称挤压/ 105
 1.2.4　梯度与弧形挤压/ 106
1.3　本章小结/ 107

第2章分流转角正挤压的有限元模拟　108
2.1　分流转角正挤压模具的设计/ 109
2.2　有限元模拟参数设置/ 110
 2.2.1　材料模型的选取与建立/ 110
 2.2.2　材料及挤压参数的设置/ 112
2.3　有限元模拟结果与分析/ 115
 2.3.1　模拟参数演变/ 115
 2.3.2　应变计算/ 118
2.4　本章小结/ 120

第3章分流转角正挤压板材的微观组织及力学性能　121
3.1　分流转角正挤压加工/ 122
3.2　分流转角正挤压板材的微观组织/ 122
 3.2.1　不同温度分流转角正挤压板材的微观组织/ 122
 3.2.2　300℃分流转角正挤压板材不同位置的微观组织/ 127
3.3　分流转角正挤压板材的力学性能/ 129
3.4　本章小结/ 131

参考文献　133