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AZ31镁合金连续流变成形：原理、工艺与应用的深度剖析

一、引言

1.1研究背景与意义

在现代工业发展进程中，材料的性能与加工技术始终是推动各领域进步的关键要素。随着对材料轻量化、高性能需求的不断增长，镁合金作为一种极具潜力的轻质金属材料，逐渐成为材料科学与工程领域的研究热点。

镁合金是以镁为基础加入其他元素组成的合金，具有一系列卓越的特性。其密度小，仅约为1.8g/cm3，约为铝的2/3、铁的1/4，这使得在对重量有严格要求的应用场景中，镁合金能够显著减轻结构件的重量，例如在航空航天领域，飞行器重量的减轻可以有效降低能耗，提升飞行性能；在汽车行业，汽车重量的降低能够提高燃油经济性，减少尾气排放。镁合金的比强度和比刚度较高，在保证结构强度的同时，能够实现零部件的轻量化设计，这对于提高产品的综合性能具有重要意义。同时，镁合金还具备良好的阻尼减震性，能够有效吸收和衰减振动能量，在电子设备、精密仪器等领域应用时，可以减少因振动而产生的损坏风险，提高设备的稳定性和可靠性；其切削加工性良好，加工过程中可以采用较高的切削速度和较为廉价的切削刀具，且工具消耗低，能够降低加工成本，提高生产效率；此外，镁合金还拥有较好的导热性以及电磁屏蔽能力强等优点，使其在电子、通信等领域得到了广泛应用，如电子设备的外壳使用镁合金材料，可以有效屏蔽电磁干扰，保护内部电路的正常运行，同时良好的导热性有助于设备散热，提高设备的工作性能和使用寿命。

在众多镁合金中，AZ31镁合金作为一种典型的变形镁合金，因其成分中铝（Al）含量在2.5%-3.5%、锌（Zn）含量在0.7%-1.4%、锰（Mn）含量在0.20%-0.40%，各元素之间的协同作用使其具备了低密度、高比强度、高耐腐蚀性、良好的抗冲击性和阻尼性等优异性能。在航天领域，其低密度特性可有效减轻飞行器的重量，进而降低能耗并提升其性能；在汽车行业，使用AZ31镁合金能够实现汽车的轻量化，不仅能提高燃油经济性，还能减少尾气排放，契合当前环保与节能的发展趋势；在电子领域，其良好的电磁屏蔽性能和散热性能，使其成为制造电子设备外壳的理想材料。

然而，AZ31镁合金在加工过程中也面临着诸多挑战。由于其晶体结构为密排六方结构，在室温下可供滑移的独立滑移系较少，这使得镁合金的塑性变形能力较差，导致其在加工过程中金属流动困难，难以达到预期的变形程度，增加了加工难度，并且容易导致加工后的产品尺寸精度和形状精度难以保证。同时，在加工过程中材料内部会产生较大的应力集中，当应力超过材料的强度极限时，就容易在制品表面或内部产生裂纹，严重影响产品的质量和性能，甚至可能导致产品报废。

连续流变成形技术作为一种先进的材料加工技术，为解决AZ31镁合金加工难题提供了新的途径。该技术将合金液注入到转动的轧辊与固定靴座组成的型腔中，通过轧辊对合金的摩擦力，使凝固中的熔体在剪切作用下组织发生细化和球化，形成优良的半固态浆料，并在型腔出口安装成形模，将制浆与成形有机结合，实现了浆料制备与流变成形的一体化和连续化。这种技术不仅能够有效改善AZ31镁合金的组织和性能，提高其塑性变形能力，减少加工过程中的应力集中和裂纹产生，还具有生产效率高、能耗低等优点，符合现代工业绿色、高效的发展理念。

综上所述，研究AZ31镁合金连续流变成形技术具有重要的理论意义和实际应用价值。通过深入研究该技术，可以进一步揭示AZ31镁合金在连续流变成形过程中的组织演变规律、变形机制以及性能变化规律，丰富和完善金属塑性成形理论，为其他难变形材料的加工提供理论借鉴。同时，优化连续流变成形工艺参数，开发出高质量的AZ31镁合金制品，能够满足航空航天、汽车、电子等领域对高性能镁合金材料的需求，推动相关产业的发展，具有显著的经济效益和社会效益。

1.2国内外研究现状

在国外，对AZ31镁合金连续流变成形的研究开展较早且较为深入。一些学者通过实验研究，系统地分析了工艺参数如浇注温度、辊靴型腔高度、工作辊转速等对AZ31镁合金连续流变成形组织和性能的影响规律。研究发现，随着浇注温度的降低或辊靴型腔高度的减小或工作辊转速的降低，成形板带组织从退化的枝晶组织逐渐球化，转变成圆整的玫瑰晶或球形晶。在对连续流变成形过程的数值模拟方面，国外也取得了一定的成果。运用先进的数值模拟软件，对AZ31镁合金连续流变成形过程中的温度场、流场、应力场等进行了模拟分析，预测了成形过程中可能出现的缺陷，为工艺优化提供了理论依据。

国内对于AZ31镁合金连续流变成形的研究也在近年来取得了长足的进展。众多科研团队致力于该领域的研究，通过自主研发实验设备，开展了大量的实验研究工作。研究内容涵盖了工艺参数优化、组织演变机理分析、成形过程中缺陷