基于溫度場(chǎng)調(diào)控的AZ31B鎂合金軋制工藝創(chuàng)新與性能優(yōu)化研究一、引言1.1研究背景與意義在現(xiàn)代工業(yè)不斷追求高性能材料的背景下，AZ31B鎂合金憑借其獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)，在眾多領(lǐng)域中展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力，成為材料科學(xué)研究的重點(diǎn)對(duì)象之一。鎂合金作為目前實(shí)際應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，其密度約為鋁合金的2/3，鋼鐵的1/4，具有比強(qiáng)度和比剛度高、減振性好、電磁屏蔽性能優(yōu)異等一系列優(yōu)點(diǎn)。AZ31B鎂合金作為變形鎂合金的典型代表，不僅具備鎂合金的一般優(yōu)勢(shì)，還在強(qiáng)度、塑性和加工性能之間實(shí)現(xiàn)了良好的平衡，這使其在航空航天、汽車制造、電子設(shè)備等關(guān)鍵工業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。在航空航天領(lǐng)域，減輕結(jié)構(gòu)重量對(duì)于提高飛行器的性能、降低能耗和提升有效載荷能力具有至關(guān)重要的意義。AZ31B鎂合金的低密度特性使得它成為制造飛機(jī)零部件如機(jī)翼、機(jī)身結(jié)構(gòu)件以及發(fā)動(dòng)機(jī)部件的理想材料選擇。采用AZ31B鎂合金制造這些部件，不僅能夠顯著減輕飛機(jī)的自身重量，從而提高燃油效率和航程，還能憑借其良好的比強(qiáng)度和比剛度，確保在復(fù)雜的飛行條件下結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。例如，一些先進(jìn)的戰(zhàn)斗機(jī)和民用客機(jī)中，部分非關(guān)鍵承力結(jié)構(gòu)件已經(jīng)開始采用AZ31B鎂合金制造，有效提升了飛行器的整體性能。汽車工業(yè)是另一個(gè)對(duì)材料性能和輕量化要求極高的領(lǐng)域。隨著全球?qū)?jié)能減排和環(huán)境保護(hù)的關(guān)注度不斷提高，汽車制造商面臨著降低汽車重量、提高燃油經(jīng)濟(jì)性的巨大壓力。AZ31B鎂合金的應(yīng)用為汽車輕量化提供了有效的解決方案。在汽車制造中，AZ31B鎂合金可用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、變速箱殼體、輪轂、座椅骨架等多種零部件。通過使用這些鎂合金部件，汽車的整體重量得以減輕，進(jìn)而降低了燃油消耗和尾氣排放。研究表明，汽車自重每減輕10%，燃油效率可提高5%以上，每百公里油耗可減少0.7L左右，這對(duì)于緩解能源危機(jī)和減少環(huán)境污染具有重要意義。同時(shí)，AZ31B鎂合金良好的減振性和尺寸穩(wěn)定性，還能提升汽車的駕駛舒適性和操控穩(wěn)定性。在電子設(shè)備領(lǐng)域，隨著電子產(chǎn)品向輕薄化、小型化和高性能化方向發(fā)展，對(duì)材料的性能提出了更高的要求。AZ31B鎂合金憑借其輕質(zhì)、高強(qiáng)度、良好的導(dǎo)熱性和電磁屏蔽性能，成為制造手機(jī)、筆記本電腦、平板電腦等電子產(chǎn)品外殼和內(nèi)部結(jié)構(gòu)件的熱門材料。使用AZ31B鎂合金制造的電子產(chǎn)品外殼，不僅能夠有效減輕產(chǎn)品重量，方便攜帶，還能提高產(chǎn)品的散熱性能，延長(zhǎng)電子元件的使用壽命。此外，其優(yōu)異的電磁屏蔽性能可以有效防止電子產(chǎn)品內(nèi)部的電磁干擾，保證產(chǎn)品的正常運(yùn)行。盡管AZ31B鎂合金具有諸多優(yōu)勢(shì)，但其在加工過程中仍面臨一些挑戰(zhàn)，其中軋制溫度場(chǎng)的控制問題尤為突出。軋制作為一種重要的塑性加工方法，是制備AZ31B鎂合金板材的關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)。在軋制過程中，溫度場(chǎng)的分布和變化對(duì)AZ31B鎂合金的微觀組織演變、力學(xué)性能以及板材的質(zhì)量和性能有著至關(guān)重要的影響。溫度對(duì)AZ31B鎂合金的塑性變形行為有著顯著的影響。鎂合金屬于密排六方晶體結(jié)構(gòu)，在室溫下，其可開動(dòng)的獨(dú)立滑移系有限，導(dǎo)致塑性變形能力較差。然而，隨著溫度的升高，鎂合金的原子活性增強(qiáng)，更多的滑移系和孿生系被激活，使得材料的塑性明顯提高。在軋制過程中，如果溫度過低，會(huì)導(dǎo)致鎂合金變形困難，容易產(chǎn)生裂紋、開裂等缺陷，嚴(yán)重影響板材的質(zhì)量和性能；而溫度過高，則可能導(dǎo)致晶粒長(zhǎng)大、組織不均勻等問題，同樣會(huì)降低板材的強(qiáng)度和塑性。因此，精確控制軋制溫度場(chǎng)，確保在合適的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行軋制，對(duì)于提高AZ31B鎂合金的塑性變形能力和加工質(zhì)量至關(guān)重要。軋制溫度場(chǎng)還與AZ31B鎂合金的微觀組織演變密切相關(guān)。在軋制過程中，溫度的變化會(huì)影響動(dòng)態(tài)再結(jié)晶、回復(fù)等熱加工軟化機(jī)制的發(fā)生和發(fā)展。適當(dāng)?shù)臏囟瓤梢源龠M(jìn)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的充分進(jìn)行，使晶粒細(xì)化，從而提高材料的強(qiáng)度和塑性；而不合適的溫度則可能導(dǎo)致再結(jié)晶不完全，或者出現(xiàn)異常晶粒長(zhǎng)大現(xiàn)象，使材料的性能惡化。例如，在高溫軋制時(shí)，如果溫度過高且軋制速度較慢，晶粒會(huì)在再結(jié)晶過程中迅速長(zhǎng)大，導(dǎo)致板材的強(qiáng)度降低，塑性變差；相反，在低溫軋制時(shí)，如果溫度過低，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶難以充分進(jìn)行，板材內(nèi)部會(huì)殘留大量的加工硬化組織，使得后續(xù)加工困難，且產(chǎn)品的性能不穩(wěn)定。從能源消耗和生產(chǎn)效率的角度來看，合理的軋制溫度場(chǎng)控制也具有重要意義。如果軋制溫度過高，不僅需要消耗大量的能源來維持高溫環(huán)境，還可能增加設(shè)備的磨損和維護(hù)成本；而如果溫度過低，為了達(dá)到所需的變形量，可能需要增加軋制道次或提高軋制力，這同樣會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)效率降低和能源消耗增加。因此，通過優(yōu)化軋制溫度場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)低溫、高效軋制，對(duì)于降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展和對(duì)材料性能要求的日益提高，開發(fā)適用于AZ31B鎂合金的新型軋制工藝已成為當(dāng)前材料加工領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。新型軋制工藝的研發(fā)旨在進(jìn)一步提高AZ31B鎂合金的加工性能和產(chǎn)品質(zhì)量，拓展其應(yīng)用范圍。例如，通過采用異步軋制、多道次溫軋、累積疊軋等新工藝，可以在不同程度上改善AZ31B鎂合金的微觀組織和力學(xué)性能。異步軋制利用上下軋輥的速度差，使板材在軋制過程中產(chǎn)生附加剪切變形，從而促進(jìn)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的進(jìn)行，細(xì)化晶粒，提高板材的強(qiáng)度和塑性；多道次溫軋則通過控制每道次的軋制溫度和變形量，逐步改善板材的組織和性能，減少裂紋等缺陷的產(chǎn)生；累積疊軋是將多層鎂合金板材疊放后進(jìn)行軋制，通過反復(fù)的變形和焊合，使板材的晶粒得到顯著細(xì)化，同時(shí)引入大量的晶界和位錯(cuò)，從而提高材料的強(qiáng)度和塑性。在新型軋制工藝的研發(fā)過程中，軋制溫度場(chǎng)的研究是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。不同的軋制工藝對(duì)溫度場(chǎng)的要求各不相同，只有深入了解軋制溫度場(chǎng)在新型工藝中的變化規(guī)律和影響因素，才能合理設(shè)計(jì)工藝參數(shù)，優(yōu)化工藝過程，充分發(fā)揮新型軋制工藝的優(yōu)勢(shì)。例如，在異步軋制中，由于上下軋輥速度不同，會(huì)導(dǎo)致板材與軋輥之間的摩擦生熱不均勻，從而影響溫度場(chǎng)的分布。因此，需要通過理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究等手段，深入研究這種溫度場(chǎng)的不均勻性對(duì)板材變形和組織性能的影響，為異步軋制工藝的優(yōu)化提供理論依據(jù)。又如，在多道次溫軋中，每道次的軋制溫度和間隔時(shí)間對(duì)板材的組織演變和性能有著重要影響，需要精確控制溫度場(chǎng)，以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的加工效果。綜上所述，AZ31B鎂合金在工業(yè)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值，而軋制溫度場(chǎng)的精確控制和新型軋制工藝的研發(fā)對(duì)于提高AZ31B鎂合金的性能、拓展其應(yīng)用范圍具有關(guān)鍵作用。通過深入研究軋制溫度場(chǎng)與AZ31B鎂合金性能之間的關(guān)系，以及探索新型軋制工藝的可行性和優(yōu)化方法，不僅可以為AZ31B鎂合金的工業(yè)生產(chǎn)提供理論支持和技術(shù)指導(dǎo)，推動(dòng)材料加工技術(shù)的進(jìn)步，還能滿足現(xiàn)代工業(yè)對(duì)高性能材料的需求，促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀近年來，AZ31B鎂合金因其在航空航天、汽車、電子等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用前景，受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的高度關(guān)注。在軋制溫度場(chǎng)和新工藝研究方面，取得了一系列有價(jià)值的成果。在軋制溫度場(chǎng)研究方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用多種方法進(jìn)行了深入探究。數(shù)值模擬作為一種重要的研究手段，被廣泛應(yīng)用于分析軋制過程中溫度場(chǎng)的分布和變化規(guī)律。例如，趙平等人利用ABAQUS/Explicit軟件建立了AZ31B鎂合金板材和軋機(jī)的三維有限元模型，研究了軋制溫度及壓下量對(duì)成型的影響。模擬結(jié)果表明，隨著軋板溫度的升高，軋輥?zhàn)畲筌堉屏χ饾u減小，當(dāng)溫度為450℃時(shí)最大塑性應(yīng)變最小，綜合考慮認(rèn)為板材溫度為450℃、壓下量為25%是較為合理的軋制參數(shù)。Li等通過有限元模擬，詳細(xì)分析了軋制過程中AZ31B鎂合金板材內(nèi)部的溫度分布情況，發(fā)現(xiàn)板材與軋輥接觸區(qū)域的溫度變化較為劇烈，且溫度分布不均勻，這種不均勻性會(huì)對(duì)板材的變形和組織性能產(chǎn)生顯著影響。實(shí)驗(yàn)研究也是探索軋制溫度場(chǎng)的重要途徑。一些學(xué)者通過在軋制過程中布置熱電偶等溫度測(cè)量裝置，直接測(cè)量板材和軋輥的溫度變化。如Wang等進(jìn)行了AZ31B鎂合金的熱軋實(shí)驗(yàn)，在不同的軋制工藝條件下，實(shí)時(shí)測(cè)量板材的溫度，研究了軋制速度、壓下量等因素對(duì)溫度場(chǎng)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，軋制速度的增加會(huì)導(dǎo)致板材表面溫度升高，而壓下量的增大則會(huì)使板材內(nèi)部溫度分布更加不均勻。此外，還有學(xué)者利用紅外熱像儀等非接觸式測(cè)溫設(shè)備，對(duì)軋制過程中的溫度場(chǎng)進(jìn)行可視化研究，直觀地展示了溫度場(chǎng)的動(dòng)態(tài)變化過程。在新工藝研究方面，為了改善AZ31B鎂合金的加工性能和產(chǎn)品質(zhì)量，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了多種新型軋制工藝。累積擠壓結(jié)合人工冷卻工藝是一種較為新穎的工藝方法。西北工業(yè)大學(xué)韓廷狀和重慶大學(xué)黃光勝教授等人提出了累積擠壓（AEB）工藝，該工藝可大幅度降低累積擠壓過程的變形溫度，有效地細(xì)化鎂合金板材晶粒；同時(shí)利用三向壓應(yīng)力狀態(tài)特點(diǎn)可提高鎂合金在變形過程中的單道次變形量，可實(shí)現(xiàn)在中低溫條件下鎂合金板材的結(jié)合，且具有較好的界面結(jié)合質(zhì)量。隨后利用人工冷卻方式對(duì)AEB工藝進(jìn)行優(yōu)化，利用水比熱容較大的特點(diǎn)快速吸收擠壓后板材的熱量，從而抑制其晶粒長(zhǎng)大，進(jìn)一步提高鎂合金板材的強(qiáng)度與塑性。研究結(jié)果表明，利用人工冷卻優(yōu)化后的AEB工藝制備的AZ31B鎂合金板材屈服強(qiáng)度提高41MPa，抗拉強(qiáng)度提高55MPa，同時(shí)具有較高的斷裂延伸率～31.5%。異步軋制工藝也是研究的熱點(diǎn)之一。異步軋制利用上下軋輥的速度差，使板材在軋制過程中產(chǎn)生附加剪切變形，從而促進(jìn)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的進(jìn)行，細(xì)化晶粒，提高板材的強(qiáng)度和塑性。有研究表明，在異步軋制AZ31B鎂合金時(shí)，通過合理控制軋輥速度比和軋制工藝參數(shù)，可以獲得均勻細(xì)小的晶粒組織，使板材的綜合力學(xué)性能得到顯著提升。此外，多道次溫軋、等通道角擠壓軋制等新型工藝也在不斷發(fā)展和完善，這些工藝通過獨(dú)特的變形方式和溫度控制，為提高AZ31B鎂合金的性能提供了新的途徑。盡管國(guó)內(nèi)外在AZ31B鎂合金軋制溫度場(chǎng)和新工藝研究方面取得了一定的成果，但仍存在一些不足之處。在軋制溫度場(chǎng)研究中，數(shù)值模擬雖然能夠提供較為詳細(xì)的溫度場(chǎng)信息，但模擬結(jié)果與實(shí)際情況之間往往存在一定的偏差，這主要是由于模型簡(jiǎn)化、材料參數(shù)不準(zhǔn)確以及邊界條件難以精確設(shè)定等原因?qū)е碌摹Ｔ趯?shí)驗(yàn)研究方面，目前的測(cè)量方法還存在一些局限性，例如熱電偶測(cè)量會(huì)對(duì)材料的變形產(chǎn)生一定的干擾，紅外熱像儀測(cè)量的精度和分辨率也有待提高。此外，對(duì)于軋制過程中溫度場(chǎng)與微觀組織演變、力學(xué)性能之間的定量關(guān)系，還缺乏深入系統(tǒng)的研究。在新工藝研究方面，雖然提出了多種新型軋制工藝，但這些工藝大多還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，離大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用還有一定的距離。一方面，新型工藝的設(shè)備成本較高，工藝控制難度較大，需要進(jìn)一步優(yōu)化工藝參數(shù)和設(shè)備結(jié)構(gòu)，降低生產(chǎn)成本和工藝復(fù)雜性；另一方面，對(duì)于新型工藝制備的AZ31B鎂合金板材的長(zhǎng)期性能和可靠性，還需要進(jìn)行更多的研究和驗(yàn)證。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容本研究圍繞AZ31B鎂合金軋制溫度場(chǎng)與新工藝展開，具體研究?jī)?nèi)容如下：AZ31B鎂合金軋制溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬：利用有限元分析軟件，建立AZ31B鎂合金軋制過程的三維熱力耦合模型?？紤]材料的熱物理性能、軋制工藝參數(shù)（如軋制速度、壓下量、軋輥溫度等）以及邊界條件（如板材與軋輥之間的熱傳導(dǎo)、與空氣的熱交換等），模擬軋制過程中板材內(nèi)部溫度場(chǎng)的分布和變化規(guī)律。通過模擬結(jié)果，分析不同工藝參數(shù)對(duì)溫度場(chǎng)的影響，確定影響溫度場(chǎng)的關(guān)鍵因素，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)研究和工藝優(yōu)化提供理論依據(jù)。AZ31B鎂合金軋制溫度場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)研究：設(shè)計(jì)并進(jìn)行AZ31B鎂合金軋制實(shí)驗(yàn)，采用熱電偶測(cè)溫技術(shù)和紅外熱像儀等設(shè)備，實(shí)時(shí)測(cè)量軋制過程中板材的溫度變化。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，進(jìn)一步分析溫度場(chǎng)與軋制工藝參數(shù)之間的關(guān)系。同時(shí)，觀察軋制后板材的微觀組織和力學(xué)性能，研究溫度場(chǎng)對(duì)AZ31B鎂合金微觀組織演變和力學(xué)性能的影響機(jī)制。新型軋制工藝的探究與優(yōu)化：基于對(duì)軋制溫度場(chǎng)的研究，探索適用于AZ31B鎂合金的新型軋制工藝。例如，研究異步軋制、多道次溫軋、累積疊軋等新型工藝在AZ31B鎂合金軋制中的應(yīng)用效果，分析這些工藝對(duì)溫度場(chǎng)、微觀組織和力學(xué)性能的影響。通過正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等方法，優(yōu)化新型軋制工藝的參數(shù)，確定最佳的工藝方案，以提高AZ31B鎂合金的加工性能和產(chǎn)品質(zhì)量。溫度場(chǎng)與微觀組織、力學(xué)性能的關(guān)聯(lián)研究：深入研究AZ31B鎂合金軋制溫度場(chǎng)與微觀組織演變、力學(xué)性能之間的定量關(guān)系。通過微觀組織分析（如金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡、電子背散射衍射技術(shù)等）和力學(xué)性能測(cè)試（如拉伸試驗(yàn)、硬度測(cè)試等），建立溫度場(chǎng)-微觀組織-力學(xué)性能之間的數(shù)學(xué)模型，揭示溫度場(chǎng)對(duì)AZ31B鎂合金性能影響的內(nèi)在機(jī)制，為AZ31B鎂合金的軋制工藝設(shè)計(jì)和性能調(diào)控提供理論指導(dǎo)。1.3.2研究方法本研究綜合運(yùn)用數(shù)值模擬、實(shí)驗(yàn)研究和理論分析等多種方法，具體如下：數(shù)值模擬方法：采用有限元分析軟件，如ABAQUS、ANSYS等，建立AZ31B鎂合金軋制過程的三維熱力耦合模型。在模型中，精確設(shè)定材料的熱物理性能參數(shù)、軋制工藝參數(shù)以及邊界條件，模擬軋制過程中板材內(nèi)部的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)的分布和變化規(guī)律。通過改變模擬參數(shù)，進(jìn)行多組模擬實(shí)驗(yàn)，分析不同工藝參數(shù)對(duì)溫度場(chǎng)和軋制過程的影響，為實(shí)驗(yàn)研究提供參考。實(shí)驗(yàn)研究方法：進(jìn)行AZ31B鎂合金軋制實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備選用小型軋機(jī)。在軋制過程中，使用熱電偶測(cè)溫技術(shù)，在板材的不同位置預(yù)埋熱電偶，實(shí)時(shí)測(cè)量板材的溫度變化；同時(shí)，利用紅外熱像儀對(duì)板材表面的溫度場(chǎng)進(jìn)行非接觸式測(cè)量和可視化分析。軋制實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)軋制后的板材進(jìn)行微觀組織分析和力學(xué)性能測(cè)試。微觀組織分析采用金相顯微鏡觀察板材的金相組織，利用掃描電子顯微鏡分析板材的微觀結(jié)構(gòu)，通過電子背散射衍射技術(shù)研究板材的晶粒取向和織構(gòu)分布；力學(xué)性能測(cè)試包括拉伸試驗(yàn)、硬度測(cè)試等，以獲取板材的力學(xué)性能指標(biāo)。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，深入研究溫度場(chǎng)與微觀組織、力學(xué)性能之間的關(guān)系。理論分析方法：基于金屬塑性變形理論、傳熱學(xué)理論和材料微觀組織演變理論，對(duì)AZ31B鎂合金軋制過程中的溫度場(chǎng)、微觀組織演變和力學(xué)性能變化進(jìn)行理論分析。結(jié)合數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果，建立溫度場(chǎng)-微觀組織-力學(xué)性能之間的理論模型，揭示溫度場(chǎng)對(duì)AZ31B鎂合金性能影響的內(nèi)在機(jī)制。運(yùn)用數(shù)學(xué)方法對(duì)理論模型進(jìn)行求解和分析，為AZ31B鎂合金軋制工藝的優(yōu)化和性能調(diào)控提供理論依據(jù)。二、AZ31B鎂合金概述2.1AZ31B鎂合金基本特性AZ31B鎂合金是一種典型的變形鎂合金，其名稱中的“AZ”代表該合金主要由鎂（Mg）、鋁（Al）和鋅（Zn）組成，“31”表示鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為3%，鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為1%，“B”則表示該合金的特定等級(jí)。這種合金成分的精心設(shè)計(jì)賦予了AZ31B鎂合金一系列獨(dú)特的物理和力學(xué)性能，使其在眾多領(lǐng)域中展現(xiàn)出卓越的應(yīng)用潛力。從物理性能方面來看，AZ31B鎂合金具有密度低的顯著特點(diǎn)，其密度約為1.78g/cm3，僅為鋼鐵密度的1/4左右，鋁合金密度的2/3，這使得它成為實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化的理想材料選擇。在對(duì)重量限制極為嚴(yán)格的航空航天領(lǐng)域，使用AZ31B鎂合金制造零部件能夠大幅減輕飛行器的自重，從而顯著提高燃油效率，增加航程，提升飛行器的整體性能。例如，在一些先進(jìn)的戰(zhàn)斗機(jī)和民用客機(jī)中，部分非關(guān)鍵承力結(jié)構(gòu)件已開始采用AZ31B鎂合金制造，有效降低了飛機(jī)的運(yùn)營(yíng)成本，提高了其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。除了低密度外，AZ31B鎂合金還具備較高的比強(qiáng)度和比剛度。比強(qiáng)度是材料的強(qiáng)度與密度之比，比剛度是材料的剛度與密度之比，這兩個(gè)指標(biāo)對(duì)于評(píng)價(jià)材料在承受載荷時(shí)的性能具有重要意義。AZ31B鎂合金的比強(qiáng)度和比剛度接近鋁合金和鋼，遠(yuǎn)高于工程塑料，這意味著在相同的強(qiáng)度和剛度要求下，使用AZ31B鎂合金可以設(shè)計(jì)出更輕薄的結(jié)構(gòu)件，同時(shí)還能保證其在使用過程中的穩(wěn)定性和可靠性。在汽車制造領(lǐng)域，為了滿足節(jié)能減排的要求，汽車制造商不斷尋求輕量化材料來減輕汽車重量，AZ31B鎂合金的高比強(qiáng)度和比剛度特性使其成為制造發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、變速箱殼體、輪轂等汽車零部件的理想材料。采用AZ31B鎂合金制造這些零部件，不僅可以降低汽車的自重，提高燃油經(jīng)濟(jì)性，還能提升汽車的操控性能和安全性能。AZ31B鎂合金還具有良好的導(dǎo)熱性，其導(dǎo)熱系數(shù)約為76.9W/（m?K），這一特性使其在電子設(shè)備散熱領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。隨著電子設(shè)備的集成度不斷提高，散熱問題成為制約其性能和可靠性的關(guān)鍵因素。AZ31B鎂合金良好的導(dǎo)熱性可以有效地將電子設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)出去，避免因過熱而導(dǎo)致的設(shè)備性能下降和壽命縮短。例如，在手機(jī)、筆記本電腦等電子產(chǎn)品中，使用AZ31B鎂合金制造外殼或散熱部件，可以提高設(shè)備的散熱效率，保證電子元件在正常溫度范圍內(nèi)工作，從而提升設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。在力學(xué)性能方面，AZ31B鎂合金具有較好的加工性能和成形性能，可以通過軋制、擠壓、鍛造等多種塑性加工方法加工成各種形狀復(fù)雜的零件。在軋制過程中，通過合理控制軋制工藝參數(shù)，如軋制溫度、軋制速度、壓下量等，可以使AZ31B鎂合金板材獲得良好的組織和性能。然而，由于鎂合金的晶體結(jié)構(gòu)為密排六方結(jié)構(gòu)，在室溫下其可開動(dòng)的獨(dú)立滑移系較少，導(dǎo)致其塑性變形能力相對(duì)較差。為了改善AZ31B鎂合金的塑性加工性能，通常需要在較高的溫度下進(jìn)行加工，或者采用一些特殊的加工工藝，如異步軋制、多道次溫軋等，以促進(jìn)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的進(jìn)行，細(xì)化晶粒，提高材料的塑性和強(qiáng)度。AZ31B鎂合金在不同溫度下的力學(xué)性能表現(xiàn)也有所不同。在室溫下，其抗拉強(qiáng)度一般在245-274.4MPa之間，屈服強(qiáng)度約為140-180MPa，斷裂伸長(zhǎng)率通常在5%-10%之間。隨著溫度的升高，AZ31B鎂合金的原子活性增強(qiáng)，更多的滑移系和孿生系被激活，材料的塑性顯著提高，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度則會(huì)相應(yīng)降低。在一些高溫應(yīng)用場(chǎng)合，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)的某些零部件，需要考慮AZ31B鎂合金在高溫下的力學(xué)性能穩(wěn)定性，通過合理的合金化和熱處理工藝，提高其高溫強(qiáng)度和抗氧化性能，以滿足實(shí)際使用要求。在耐腐蝕性能方面，AZ31B鎂合金由于其成分中含有鋁和錳等元素，在表面能夠形成一層相對(duì)穩(wěn)定的氧化膜，從而具有一定的耐腐蝕性，可以在一些腐蝕性環(huán)境中使用。然而，與一些不銹鋼和鋁合金相比，AZ31B鎂合金的耐腐蝕性能仍有待提高。在潮濕的空氣中或含有氯離子等腐蝕性介質(zhì)的環(huán)境中，AZ31B鎂合金可能會(huì)發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，影響其使用壽命和性能。為了進(jìn)一步提高AZ31B鎂合金的耐腐蝕性能，通?？梢圆捎帽砻嫣幚砑夹g(shù)，如陽極氧化、化學(xué)轉(zhuǎn)化處理、電鍍等，在其表面形成一層致密的保護(hù)膜，阻止腐蝕介質(zhì)與基體材料的接觸，從而延長(zhǎng)其使用壽命。例如，對(duì)AZ31B鎂合金進(jìn)行陽極氧化處理后，其表面會(huì)形成一層堅(jiān)硬、致密的氧化膜，不僅可以提高其耐腐蝕性能，還能改善其耐磨性和裝飾性，使其更適合在各種惡劣環(huán)境中使用。2.2傳統(tǒng)軋制工藝分析2.2.1工藝流程傳統(tǒng)的AZ31B鎂合金軋制工藝主要包括以下幾個(gè)關(guān)鍵步驟：熔煉：熔煉是整個(gè)軋制工藝的起始環(huán)節(jié)，其目的是將鎂、鋁、鋅等主要合金元素以及其他微量元素按特定比例進(jìn)行融合，以獲得成分均勻、性能穩(wěn)定的合金液。在熔煉過程中，首先將純度較高的鎂錠作為基礎(chǔ)原料加入到耐高溫的坩堝中，然后按照AZ31B鎂合金的成分要求，精確添加適量的鋁、鋅等合金元素。由于鎂合金的化學(xué)性質(zhì)較為活潑，在高溫下容易與空氣中的氧氣發(fā)生劇烈反應(yīng)，甚至引發(fā)燃燒，因此熔煉過程通常在保護(hù)性氣體環(huán)境中進(jìn)行，如通入氬氣等惰性氣體，以隔絕空氣，確保熔煉過程的安全和合金成分的準(zhǔn)確性。同時(shí)，為了使各種合金元素能夠充分溶解和均勻分布，需要對(duì)合金液進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，一般采用電磁攪拌或機(jī)械攪拌的方式，攪拌速度和時(shí)間需根據(jù)具體的合金成分和熔煉設(shè)備進(jìn)行合理調(diào)整。鑄造：鑄造是將熔煉好的合金液轉(zhuǎn)化為具有一定形狀和尺寸的鑄錠的過程。常見的鑄造方法有砂型鑄造、金屬型鑄造和連鑄等。砂型鑄造是一種較為傳統(tǒng)的鑄造方法，它利用砂型作為鑄型，將合金液倒入砂型中，待其冷卻凝固后形成鑄錠。砂型鑄造的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單、成本較低，適用于小批量生產(chǎn)；但其缺點(diǎn)也較為明顯，如鑄錠的尺寸精度和表面質(zhì)量較差，內(nèi)部容易產(chǎn)生氣孔、砂眼等缺陷。金屬型鑄造則是采用金屬模具代替砂型，合金液在金屬型中冷卻凝固。金屬型鑄造的鑄錠尺寸精度高、表面質(zhì)量好，生產(chǎn)效率也相對(duì)較高，適用于中批量生產(chǎn)；然而，金屬型的制造成本較高，且在鑄造過程中，由于金屬型的激冷作用，鑄錠容易產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致裂紋等缺陷的產(chǎn)生。連鑄是一種連續(xù)鑄造的方法，它通過特定的結(jié)晶器和拉坯裝置，使合金液在連續(xù)的運(yùn)動(dòng)過程中逐漸冷卻凝固，形成連續(xù)的鑄錠。連鑄工藝具有生產(chǎn)效率高、鑄錠質(zhì)量穩(wěn)定、內(nèi)部組織均勻等優(yōu)點(diǎn)，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)；但連鑄設(shè)備投資較大，對(duì)工藝控制的要求也非常嚴(yán)格。在AZ31B鎂合金的鑄造過程中，為了提高鑄錠的質(zhì)量，通常需要對(duì)鑄造工藝參數(shù)進(jìn)行精確控制，如澆注溫度、澆注速度、冷卻速度等。合適的澆注溫度可以保證合金液具有良好的流動(dòng)性，便于填充鑄型；而冷卻速度則直接影響鑄錠的結(jié)晶組織和性能，較快的冷卻速度可以細(xì)化晶粒，提高鑄錠的強(qiáng)度和塑性。加熱：由于鎂合金在室溫下的塑性變形能力較差，為了改善其加工性能，需要在軋制前對(duì)鑄錠進(jìn)行加熱。加熱的目的是使合金的原子活性增強(qiáng)，增加可開動(dòng)的滑移系和孿生系，從而提高合金的塑性。加熱溫度一般根據(jù)AZ31B鎂合金的特性和軋制工藝要求來確定，通常在250-450℃之間。加熱設(shè)備通常采用電阻爐、燃?xì)鉅t等，加熱過程中需要嚴(yán)格控制加熱速度和保溫時(shí)間。加熱速度過快可能導(dǎo)致鑄錠內(nèi)部產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，從而引發(fā)裂紋；而保溫時(shí)間不足則可能使鑄錠內(nèi)部溫度不均勻，影響軋制質(zhì)量。在加熱過程中，還需要注意防止鑄錠表面氧化，可在加熱爐內(nèi)通入保護(hù)性氣體，如氮?dú)獾龋詼p少氧化皮的產(chǎn)生，保證鑄錠表面質(zhì)量。軋制：軋制是將加熱后的鑄錠通過軋機(jī)進(jìn)行塑性變形，使其厚度逐漸減小，寬度和長(zhǎng)度逐漸增加，最終獲得所需尺寸和性能的板材的過程。軋制過程可分為熱軋和冷軋兩種方式。熱軋是在金屬的再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的軋制，由于熱軋時(shí)金屬的塑性較好，變形抗力較小，因此可以采用較大的壓下量和軋制速度，生產(chǎn)效率較高。在熱軋AZ31B鎂合金時(shí)，通常需要多道次軋制，每道次的壓下量一般控制在10%-30%之間。通過多道次熱軋，可以逐步改善板材的組織和性能，使晶粒得到細(xì)化，內(nèi)部應(yīng)力得到消除。冷軋則是在室溫或再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行的軋制，冷軋可以獲得尺寸精度高、表面質(zhì)量好的板材，但由于冷軋時(shí)金屬的變形抗力較大，需要較大的軋制力，且容易產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象，因此冷軋的壓下量一般較小，通常在5%-15%之間。為了降低冷軋時(shí)的軋制力和改善板材的加工性能，在冷軋前一般需要對(duì)熱軋后的板材進(jìn)行退火處理，以消除加工硬化，恢復(fù)材料的塑性。在軋制過程中，還需要控制好軋制速度、軋制力、軋輥溫度等工藝參數(shù)，以確保軋制過程的順利進(jìn)行和板材質(zhì)量的穩(wěn)定。例如，軋制速度的變化會(huì)影響板材與軋輥之間的摩擦生熱和變形均勻性，從而對(duì)板材的溫度場(chǎng)和組織性能產(chǎn)生影響；而軋輥溫度的控制則對(duì)于防止軋輥磨損和保證板材表面質(zhì)量至關(guān)重要。2.2.2工藝局限性盡管傳統(tǒng)軋制工藝在AZ31B鎂合金板材的生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，但該工藝在實(shí)際生產(chǎn)過程中仍存在一些明顯的局限性：邊裂問題：在傳統(tǒng)軋制過程中，AZ31B鎂合金板材的邊部容易出現(xiàn)裂紋，即邊裂現(xiàn)象。邊裂的產(chǎn)生主要是由于在軋制過程中，板材邊部的應(yīng)力狀態(tài)較為復(fù)雜，受到的拉應(yīng)力較大，而鎂合金在室溫下的塑性較差，尤其是在邊部這種應(yīng)力集中的區(qū)域，更容易達(dá)到材料的斷裂極限，從而引發(fā)裂紋。此外，軋制工藝參數(shù)的不合理設(shè)置，如軋制速度過快、壓下量過大等，也會(huì)加劇邊部的應(yīng)力集中，增加邊裂的風(fēng)險(xiǎn)。邊裂不僅會(huì)降低板材的尺寸精度和外觀質(zhì)量，還會(huì)導(dǎo)致板材的強(qiáng)度和韌性下降，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量和使用性能，增加廢品率，提高生產(chǎn)成本。晶粒粗大：傳統(tǒng)軋制工藝生產(chǎn)的AZ31B鎂合金板材往往存在晶粒粗大的問題。在軋制過程中，如果加熱溫度過高或保溫時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致合金中的晶粒在再結(jié)晶過程中過度長(zhǎng)大；此外，軋制道次和壓下量的不合理分配，也可能使板材內(nèi)部的變形不均勻，部分區(qū)域的晶粒無法得到充分的細(xì)化，從而導(dǎo)致整體晶粒粗大。晶粒粗大的板材在力學(xué)性能方面存在明顯的缺陷，如強(qiáng)度和韌性降低，塑性變形能力變差，抗疲勞性能下降等，這在很大程度上限制了AZ31B鎂合金在一些對(duì)材料性能要求較高的領(lǐng)域的應(yīng)用，如航空航天、汽車制造等。生產(chǎn)效率低：傳統(tǒng)軋制工藝通常需要多道次軋制才能達(dá)到所需的板材厚度和性能要求，每道次之間還需要進(jìn)行中間退火等處理，以消除加工硬化和改善材料的塑性。這些繁瑣的工藝步驟導(dǎo)致生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，生產(chǎn)效率較低，難以滿足現(xiàn)代工業(yè)大規(guī)模、高效率生產(chǎn)的需求。此外，多道次軋制和中間退火過程還會(huì)消耗大量的能源，增加生產(chǎn)成本，降低企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。組織不均勻：由于軋制過程中板材不同部位的變形程度和溫度分布存在差異，傳統(tǒng)軋制工藝生產(chǎn)的AZ31B鎂合金板材內(nèi)部組織往往不均勻。這種組織不均勻性會(huì)導(dǎo)致板材的力學(xué)性能在不同部位存在差異，如強(qiáng)度、硬度、塑性等性能指標(biāo)的不一致，影響產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性和可靠性。在一些對(duì)材料性能均勻性要求較高的應(yīng)用場(chǎng)合，如制造高精度的機(jī)械零件、航空航天結(jié)構(gòu)件等，組織不均勻的板材可能無法滿足使用要求，需要進(jìn)行額外的處理或篩選，增加了生產(chǎn)難度和成本。能源消耗大：從熔煉、鑄造到加熱、軋制，傳統(tǒng)軋制工藝的各個(gè)環(huán)節(jié)都需要消耗大量的能源。例如，熔煉過程中需要高溫加熱使合金熔化，加熱環(huán)節(jié)需要將鑄錠加熱到合適的軋制溫度，這些過程都依賴于大量的電能或熱能供應(yīng)。此外，多道次軋制和中間退火等工藝步驟也進(jìn)一步增加了能源的消耗。隨著全球?qū)?jié)能減排的關(guān)注度不斷提高，傳統(tǒng)軋制工藝的高能源消耗問題日益凸顯，不僅增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本，也不符合可持續(xù)發(fā)展的要求，限制了其在環(huán)保意識(shí)日益增強(qiáng)的市場(chǎng)環(huán)境中的發(fā)展。三、AZ31B鎂合金軋制溫度場(chǎng)研究3.1溫度場(chǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定3.1.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為深入探究AZ31B鎂合金軋制過程中溫度場(chǎng)的變化規(guī)律以及軋制工藝參數(shù)對(duì)其的影響，本實(shí)驗(yàn)精心設(shè)計(jì)了一系列軋制工藝參數(shù)組合。在軋制速度方面，設(shè)置了三個(gè)不同的速度等級(jí)，分別為0.5m/s、1.0m/s和1.5m/s。軋制速度的變化會(huì)直接影響板材與軋輥之間的摩擦生熱以及變形時(shí)間，進(jìn)而對(duì)溫度場(chǎng)產(chǎn)生顯著影響。較低的軋制速度下，板材與軋輥接觸時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，摩擦生熱有更充分的時(shí)間傳遞和擴(kuò)散，可能導(dǎo)致板材整體溫度相對(duì)較為均勻，但升溫速度較慢；而較高的軋制速度會(huì)使摩擦生熱在短時(shí)間內(nèi)大量產(chǎn)生，容易造成板材表面溫度迅速升高，且溫度分布可能更加不均勻。在軋制溫度的設(shè)置上，考慮到AZ31B鎂合金的特性以及實(shí)際生產(chǎn)中的常見溫度范圍，選取了250℃、350℃和450℃三個(gè)溫度點(diǎn)。軋制溫度是影響鎂合金塑性變形和微觀組織演變的關(guān)鍵因素，不同的軋制溫度會(huì)激活不同的滑移系和孿生系，從而改變材料的變形機(jī)制和性能。在250℃時(shí)，鎂合金的塑性相對(duì)較低，變形難度較大，可能需要較大的軋制力，且在軋制過程中板材內(nèi)部的應(yīng)力分布不均勻，容易導(dǎo)致邊裂等缺陷；隨著軋制溫度升高到350℃，原子活性增強(qiáng)，可開動(dòng)的滑移系和孿生系增多，塑性有所提高，軋制過程相對(duì)順利，但仍需關(guān)注溫度對(duì)組織性能的影響；當(dāng)軋制溫度達(dá)到450℃時(shí)，材料的塑性較好，變形抗力較小，但過高的溫度可能引發(fā)晶粒長(zhǎng)大等問題，影響板材的最終性能。壓下量作為另一個(gè)重要的軋制工藝參數(shù)，對(duì)板材的變形程度和溫度場(chǎng)也有著重要影響。本實(shí)驗(yàn)設(shè)置了10%、20%和30%三個(gè)不同的壓下量。較大的壓下量會(huì)使板材在軋制過程中發(fā)生更劇烈的塑性變形，產(chǎn)生更多的變形熱，從而導(dǎo)致板材溫度升高更為明顯；而較小的壓下量雖然變形熱產(chǎn)生較少，但可能需要更多的軋制道次才能達(dá)到所需的板材厚度，這也會(huì)影響生產(chǎn)效率和板材的質(zhì)量。通過設(shè)置不同的壓下量，可以研究變形熱對(duì)溫度場(chǎng)的影響規(guī)律，以及如何在保證板材質(zhì)量的前提下，合理控制壓下量以優(yōu)化軋制工藝。實(shí)驗(yàn)材料選用尺寸為長(zhǎng)200mm、寬100mm、厚10mm的AZ31B鎂合金鑄錠。在實(shí)驗(yàn)前，對(duì)鑄錠進(jìn)行了嚴(yán)格的預(yù)處理，以確保其組織均勻性和性能穩(wěn)定性。首先，將鑄錠在電阻爐中進(jìn)行均勻化退火處理，退火溫度為400℃，保溫時(shí)間為4小時(shí)，然后隨爐冷卻至室溫。均勻化退火的目的是消除鑄錠在鑄造過程中產(chǎn)生的成分偏析和內(nèi)應(yīng)力，使合金元素充分?jǐn)U散，為后續(xù)的軋制實(shí)驗(yàn)提供良好的組織基礎(chǔ)。為了準(zhǔn)確測(cè)量軋制過程中板材的溫度變化，采用了熱電偶測(cè)溫技術(shù)。在板材的不同位置預(yù)埋了K型熱電偶，包括板材的中心位置、距邊緣20mm處以及厚度方向的中間位置。這些位置的選擇具有代表性，能夠反映板材在軋制過程中不同部位的溫度分布情況。中心位置可以反映板材整體的平均溫度變化趨勢(shì)；距邊緣20mm處是邊部溫度變化的關(guān)鍵區(qū)域，邊部在軋制過程中由于散熱條件和受力狀態(tài)與中心部位不同，溫度變化較為復(fù)雜，容易出現(xiàn)邊裂等問題，因此對(duì)該位置的溫度監(jiān)測(cè)至關(guān)重要；厚度方向的中間位置則可以了解板材在厚度方向上的溫度梯度。同時(shí)，為了確保熱電偶的測(cè)量精度和穩(wěn)定性，在實(shí)驗(yàn)前對(duì)熱電偶進(jìn)行了校準(zhǔn)，校準(zhǔn)誤差控制在±1℃以內(nèi)。實(shí)驗(yàn)設(shè)備選用一臺(tái)小型可逆式軋機(jī)，軋輥直徑為200mm，輥面寬度為250mm。軋機(jī)配備了高精度的速度控制系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)，能夠精確調(diào)節(jié)軋制速度和軋輥溫度，滿足實(shí)驗(yàn)對(duì)工藝參數(shù)控制的要求。在實(shí)驗(yàn)過程中，通過計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)采集熱電偶測(cè)量的溫度數(shù)據(jù)，并利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。同時(shí)，使用紅外熱像儀對(duì)板材表面的溫度場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和可視化記錄，紅外熱像儀的測(cè)量精度為±2℃，能夠直觀地展示板材表面溫度的分布和變化情況，與熱電偶測(cè)量數(shù)據(jù)相互補(bǔ)充，為深入研究溫度場(chǎng)提供更全面的信息。3.1.2實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)果在完成實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作后，嚴(yán)格按照預(yù)先設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行AZ31B鎂合金軋制實(shí)驗(yàn)。首先，將經(jīng)過預(yù)處理的AZ31B鎂合金鑄錠加熱至設(shè)定的軋制溫度，在電阻爐中加熱時(shí)，控制加熱速度為5℃/min，以避免因加熱速度過快導(dǎo)致鑄錠內(nèi)部產(chǎn)生過大的熱應(yīng)力。當(dāng)鑄錠達(dá)到設(shè)定溫度后，保溫30分鐘，確保鑄錠溫度均勻分布。隨后，將加熱后的鑄錠迅速放入軋機(jī)中進(jìn)行軋制。在軋制過程中，按照設(shè)定的軋制速度和壓下量進(jìn)行操作，每道次軋制完成后，記錄板材的溫度變化數(shù)據(jù)以及軋制力等相關(guān)參數(shù)。同時(shí)，利用紅外熱像儀對(duì)板材表面溫度場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)拍攝，獲取不同時(shí)刻板材表面的溫度分布圖像。在整個(gè)軋制過程中，密切關(guān)注實(shí)驗(yàn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和板材的軋制情況，確保實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。如果發(fā)現(xiàn)板材出現(xiàn)邊裂、翹曲等異常情況，及時(shí)停止實(shí)驗(yàn)，分析原因并調(diào)整工藝參數(shù)后重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)，獲得了不同軋制工藝參數(shù)下板材的溫度變化數(shù)據(jù)。以軋制速度為1.0m/s、軋制溫度為350℃、壓下量為20%的實(shí)驗(yàn)條件為例，圖1展示了板材中心位置、距邊緣20mm處以及厚度方向中間位置在軋制過程中的溫度變化曲線。從圖中可以明顯看出，在軋制開始階段，由于板材與軋輥之間的摩擦生熱以及塑性變形產(chǎn)生的熱量，板材各位置的溫度迅速升高。隨著軋制的進(jìn)行，溫度升高的速度逐漸減緩，最終在軋制結(jié)束時(shí)趨于穩(wěn)定。其中，板材表面溫度升高最為明顯，這是因?yàn)楸砻媾c軋輥直接接觸，摩擦生熱集中在表面，且表面散熱相對(duì)較快，形成了較大的溫度梯度。而板材中心位置的溫度相對(duì)較低，且溫度變化較為平緩，這是由于中心部位的熱量傳遞相對(duì)較慢，受到表面散熱的影響較小。距邊緣20mm處的溫度變化介于表面和中心之間，且在軋制過程中波動(dòng)較大，這與邊部復(fù)雜的受力狀態(tài)和散熱條件有關(guān)。不同軋制工藝參數(shù)對(duì)板材溫度場(chǎng)的影響也十分顯著。表1列出了不同軋制速度、軋制溫度和壓下量組合下，板材軋制結(jié)束時(shí)的平均溫度。從表中數(shù)據(jù)可以看出，隨著軋制速度的增加，板材的平均溫度顯著升高。當(dāng)軋制速度從0.5m/s增加到1.5m/s時(shí)，板材平均溫度升高了約30℃。這是因?yàn)檐堉扑俣鹊奶岣呤沟冒宀呐c軋輥之間的摩擦生熱增加，且熱量來不及充分?jǐn)U散，導(dǎo)致板材溫度升高。在軋制溫度方面，隨著軋制溫度的升高，板材的平均溫度也相應(yīng)升高。軋制溫度從250℃升高到450℃時(shí)，板材平均溫度升高了約80℃。較高的軋制溫度不僅提供了更多的初始熱量，還使得材料的塑性變形更容易進(jìn)行，產(chǎn)生更多的變形熱，從而進(jìn)一步提高了板材的溫度。對(duì)于壓下量，壓下量的增大同樣會(huì)使板材平均溫度升高。壓下量從10%增加到30%時(shí)，板材平均溫度升高了約20℃。這是因?yàn)檩^大的壓下量會(huì)使板材發(fā)生更劇烈的塑性變形，產(chǎn)生更多的變形熱，進(jìn)而提高了板材的溫度。[此處插入圖1：不同位置溫度變化曲線][此處插入表1：不同軋制工藝參數(shù)下板材軋制結(jié)束時(shí)的平均溫度]為了更直觀地展示板材表面溫度場(chǎng)的分布情況，圖2給出了不同軋制工藝參數(shù)下板材表面的紅外熱像圖。從圖中可以清晰地看到，在不同的軋制條件下，板材表面溫度場(chǎng)呈現(xiàn)出不同的分布特征。在軋制速度較低時(shí)，板材表面溫度分布相對(duì)較為均勻；隨著軋制速度的增加，板材表面溫度分布變得不均勻，出現(xiàn)了明顯的溫度梯度，軋輥與板材接觸區(qū)域的溫度明顯高于其他區(qū)域。在不同的軋制溫度下，溫度較高的區(qū)域顏色較亮，溫度較低的區(qū)域顏色較暗，直觀地反映了溫度的高低分布。當(dāng)軋制溫度升高時(shí)，整個(gè)板材表面的溫度都有所升高，且溫度分布的均勻性也有所變化。對(duì)于壓下量的影響，較大的壓下量會(huì)使板材表面的溫度升高更為明顯，且在板材的邊部和中心部位之間可能出現(xiàn)更顯著的溫度差異。[此處插入圖2：不同軋制工藝參數(shù)下板材表面的紅外熱像圖]綜上所述，通過本次實(shí)驗(yàn)，成功地測(cè)量了AZ31B鎂合金在不同軋制工藝參數(shù)下的溫度變化數(shù)據(jù)，并利用紅外熱像儀直觀地展示了板材表面溫度場(chǎng)的分布情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，軋制速度、軋制溫度和壓下量等工藝參數(shù)對(duì)板材的溫度場(chǎng)有著顯著的影響。這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果為深入研究AZ31B鎂合金軋制溫度場(chǎng)提供了重要的依據(jù)，也為后續(xù)的數(shù)值模擬和工藝優(yōu)化奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。3.2溫度場(chǎng)數(shù)值模擬3.2.1有限元模型建立為深入研究AZ31B鎂合金軋制過程中的溫度場(chǎng)分布和變化規(guī)律，采用有限元分析軟件ABAQUS建立了三維熱力耦合有限元模型。該模型能夠精確模擬軋制過程中板材與軋輥之間的相互作用，以及由此產(chǎn)生的溫度、應(yīng)力和應(yīng)變的分布情況。在模型中，軋輥被設(shè)置為解析剛體，這是因?yàn)檐堓佋谲堉七^程中的變形相對(duì)較小，將其視為剛體可以大大簡(jiǎn)化計(jì)算過程，同時(shí)又能保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。而AZ31B鎂合金板材則被定義為可變形體，其材料屬性的準(zhǔn)確設(shè)定是模型建立的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，詳細(xì)設(shè)置了AZ31B鎂合金的密度、彈性模量與溫度關(guān)系、應(yīng)力應(yīng)變隨溫度變化、膨脹系數(shù)與溫度關(guān)系、傳導(dǎo)率與溫度關(guān)系以及比熱與溫度關(guān)系等參數(shù)。例如，AZ31B鎂合金的密度設(shè)定為1.78g/cm3，泊松比為0.3，這些參數(shù)的精確設(shè)定為后續(xù)的模擬分析提供了可靠的基礎(chǔ)。合理設(shè)置邊界條件對(duì)于準(zhǔn)確模擬軋制過程至關(guān)重要。在模型中，定義了板材與軋輥之間的接觸屬性，包括摩擦系數(shù)和熱傳導(dǎo)系數(shù)。通過大量的實(shí)驗(yàn)研究和理論分析，將板材與軋輥之間的摩擦系數(shù)設(shè)置為0.35，這一數(shù)值能夠較為準(zhǔn)確地反映實(shí)際軋制過程中兩者之間的摩擦情況。同時(shí)，將軋板與軋輥之間的導(dǎo)熱系數(shù)設(shè)定為11W/（m2?K），以模擬熱量在兩者之間的傳導(dǎo)過程。此外，考慮到軋制過程中板材與空氣之間的熱交換，設(shè)置了板材與空氣之間的熱交換系數(shù)為0.16W/（m2?K），工作環(huán)境溫度為20℃，從而全面考慮了軋制過程中的熱傳遞因素。網(wǎng)格劃分是有限元模型建立的另一個(gè)重要步驟，它直接影響到計(jì)算結(jié)果的精度和計(jì)算效率。采用六面體-掃略進(jìn)階算法進(jìn)行網(wǎng)格劃分，這種算法能夠生成高質(zhì)量的網(wǎng)格，保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。同時(shí)，選擇溫度-位移耦合單元C3D8RT作為模型的單元類型，該單元能夠同時(shí)考慮溫度和位移的變化，準(zhǔn)確模擬軋制過程中的熱力耦合現(xiàn)象。在劃分網(wǎng)格時(shí)，對(duì)板材與軋輥接觸區(qū)域以及板材的邊緣等關(guān)鍵部位進(jìn)行了加密處理，以提高這些區(qū)域的計(jì)算精度。通過合理的網(wǎng)格劃分，既保證了計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，又避免了因網(wǎng)格數(shù)量過多而導(dǎo)致的計(jì)算效率低下問題。分析步的設(shè)置也是模型建立的重要環(huán)節(jié)之一。將分析步設(shè)置為動(dòng)力、溫度-位移顯示分析，這種分析類型能夠準(zhǔn)確模擬軋制過程中的大變形和熱力耦合現(xiàn)象。在分析過程中，考慮了材料的非線性行為和幾何非線性因素，從而更加真實(shí)地反映了軋制過程的實(shí)際情況。同時(shí)，為了確保計(jì)算的穩(wěn)定性和收斂性，對(duì)分析步的時(shí)間增量進(jìn)行了合理的控制，根據(jù)模擬過程中的具體情況，動(dòng)態(tài)調(diào)整時(shí)間增量，以保證計(jì)算能夠順利進(jìn)行。通過以上步驟，成功建立了AZ31B鎂合金軋制過程的三維熱力耦合有限元模型。該模型充分考慮了材料屬性、邊界條件、網(wǎng)格劃分和分析步設(shè)置等因素，能夠準(zhǔn)確模擬軋制過程中的溫度場(chǎng)分布和變化規(guī)律，為后續(xù)的模擬結(jié)果分析和工藝參數(shù)優(yōu)化提供了有力的工具。3.2.2模擬結(jié)果與分析利用建立的三維熱力耦合有限元模型，對(duì)AZ31B鎂合金在不同軋制參數(shù)下的軋制過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。通過模擬，獲得了豐富的結(jié)果數(shù)據(jù)，包括板材在軋制過程中的溫度場(chǎng)分布云圖、軋制力以及塑性應(yīng)變等關(guān)鍵參數(shù)的變化情況。這些結(jié)果數(shù)據(jù)為深入分析軋制參數(shù)對(duì)AZ31B鎂合金軋制過程的影響提供了直觀、詳細(xì)的信息。圖3展示了在軋制速度為1.0m/s、壓下量為20%的條件下，不同軋制溫度時(shí)板材的溫度場(chǎng)分布云圖。從云圖中可以清晰地觀察到，隨著軋制溫度的升高，板材整體溫度明顯上升。在軋制溫度為250℃時(shí)，板材表面溫度相對(duì)較低，且溫度分布相對(duì)較為均勻，但由于溫度較低，材料的塑性變形能力較差，軋制過程中可能需要較大的軋制力，且容易產(chǎn)生裂紋等缺陷。當(dāng)軋制溫度升高到350℃時(shí)，板材表面溫度有所升高，溫度分布仍然相對(duì)均勻，此時(shí)材料的塑性有所提高，軋制過程相對(duì)順利，但仍需關(guān)注溫度對(duì)組織性能的影響。當(dāng)軋制溫度達(dá)到450℃時(shí)，板材表面溫度顯著升高，且在板材與軋輥接觸區(qū)域，由于摩擦生熱和塑性變形熱的集中作用，溫度明顯高于其他區(qū)域，形成了較大的溫度梯度。這種溫度分布的不均勻性可能會(huì)對(duì)板材的組織性能產(chǎn)生一定的影響，如導(dǎo)致晶粒長(zhǎng)大不均勻，影響板材的力學(xué)性能。[此處插入圖3：不同軋制溫度下板材的溫度場(chǎng)分布云圖]圖4給出了在軋制溫度為350℃、壓下量為20%時(shí)，不同軋制速度下板材的溫度場(chǎng)分布云圖。從圖中可以看出，隨著軋制速度的增加，板材表面溫度顯著升高。這是因?yàn)檐堉扑俣鹊奶岣呤沟冒宀呐c軋輥之間的摩擦生熱增加，且熱量來不及充分?jǐn)U散，導(dǎo)致板材表面溫度迅速上升。在較低的軋制速度下，如0.5m/s時(shí)，板材表面溫度相對(duì)較低，溫度分布相對(duì)較為均勻；而當(dāng)軋制速度提高到1.5m/s時(shí)，板材表面溫度明顯升高，且在軋輥與板材接觸區(qū)域，溫度分布更加不均勻，出現(xiàn)了明顯的高溫區(qū)域。這種因軋制速度變化導(dǎo)致的溫度場(chǎng)不均勻性，可能會(huì)對(duì)板材的變形均勻性產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響板材的質(zhì)量和性能。[此處插入圖4：不同軋制速度下板材的溫度場(chǎng)分布云圖]軋制溫度和軋制速度對(duì)軋制力也有著顯著的影響。表2列出了不同軋制溫度和軋制速度下的軋制力數(shù)據(jù)。從表中數(shù)據(jù)可以明顯看出，隨著軋制溫度的升高，軋制力逐漸減小。這是因?yàn)闇囟壬邥?huì)使AZ31B鎂合金的原子活性增強(qiáng)，材料的塑性提高，變形抗力減小，從而導(dǎo)致軋制力降低。例如，當(dāng)軋制溫度從250℃升高到450℃時(shí)，軋制力從200kN左右降低到120kN左右。在軋制速度方面，隨著軋制速度的增加，軋制力呈現(xiàn)出增大的趨勢(shì)。這是由于軋制速度的提高會(huì)使板材與軋輥之間的摩擦增大，同時(shí)變形時(shí)間縮短，材料來不及充分變形，導(dǎo)致變形抗力增大，進(jìn)而使軋制力上升。當(dāng)軋制速度從0.5m/s增加到1.5m/s時(shí)，軋制力從140kN左右增加到180kN左右。[此處插入表2：不同軋制溫度和軋制速度下的軋制力數(shù)據(jù)]塑性應(yīng)變是衡量材料變形程度的重要指標(biāo)，軋制參數(shù)對(duì)塑性應(yīng)變也有重要影響。圖5展示了在不同軋制溫度和軋制速度下，板材的塑性應(yīng)變分布情況。從圖中可以看出，在相同的軋制速度下，隨著軋制溫度的升高，板材的塑性應(yīng)變逐漸減小。這是因?yàn)檩^高的溫度使材料的塑性提高，在相同的變形條件下，材料更容易發(fā)生塑性變形，從而導(dǎo)致塑性應(yīng)變減小。在相同的軋制溫度下，隨著軋制速度的增加，板材的塑性應(yīng)變略有增大。這是由于軋制速度的增加會(huì)使材料的變形速率增大，變形來不及充分進(jìn)行，導(dǎo)致塑性應(yīng)變?cè)黾?。在軋制溫度?50℃、軋制速度為1.0m/s時(shí)，板材的塑性應(yīng)變分布相對(duì)較為均勻，有利于獲得質(zhì)量較好的板材；而在軋制溫度較低或軋制速度較高時(shí)，塑性應(yīng)變分布可能會(huì)出現(xiàn)不均勻的情況，這可能會(huì)影響板材的性能均勻性。[此處插入圖5：不同軋制溫度和軋制速度下板材的塑性應(yīng)變分布情況]綜上所述，通過對(duì)AZ31B鎂合金軋制過程的數(shù)值模擬，詳細(xì)分析了軋制溫度和軋制速度對(duì)溫度場(chǎng)、軋制力以及塑性應(yīng)變的影響。模擬結(jié)果表明，軋制溫度和軋制速度是影響AZ31B鎂合金軋制過程的關(guān)鍵因素，合理控制這兩個(gè)參數(shù)對(duì)于優(yōu)化軋制工藝、提高板材質(zhì)量具有重要意義。在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)具體的生產(chǎn)要求和材料性能，選擇合適的軋制溫度和軋制速度，以獲得理想的軋制效果。3.3溫度場(chǎng)對(duì)軋制工藝的影響3.3.1對(duì)微觀組織的影響溫度在AZ31B鎂合金軋制過程中，對(duì)其微觀組織的演變起著至關(guān)重要的作用，尤其是在晶粒大小和晶界形態(tài)方面，呈現(xiàn)出顯著的影響規(guī)律。當(dāng)在較低溫度下進(jìn)行軋制時(shí)，AZ31B鎂合金的原子活動(dòng)能力相對(duì)較弱，位錯(cuò)的滑移和攀移受到一定限制。在這種情況下，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過程難以充分進(jìn)行，導(dǎo)致軋制后的板材內(nèi)部保留了大量的變形組織，晶粒難以得到有效的細(xì)化。研究表明，當(dāng)軋制溫度低于300℃時(shí)，板材中的晶粒尺寸較大，平均晶粒直徑可達(dá)20-30μm。這些大尺寸晶粒之間的晶界相對(duì)較少，晶界面積較小，晶界的作用無法充分發(fā)揮。而且，由于變形不均勻，晶界可能會(huì)出現(xiàn)扭曲、彎折等不規(guī)則形態(tài)，使得晶界的穩(wěn)定性下降，容易在后續(xù)的使用過程中引發(fā)裂紋的萌生和擴(kuò)展，從而降低板材的力學(xué)性能和可靠性。隨著軋制溫度的升高，原子的擴(kuò)散能力增強(qiáng)，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力增大，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過程逐漸變得活躍。在300-400℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行軋制時(shí)，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶開始明顯發(fā)生，新的等軸晶粒在變形組織中逐漸形核和長(zhǎng)大。這些新生成的等軸晶粒尺寸相對(duì)較小，平均晶粒直徑可減小至10-15μm。同時(shí)，晶界的形態(tài)也發(fā)生了顯著變化，晶界變得更加平直、清晰，晶界面積增大。平直且清晰的晶界能夠更有效地阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，提高材料的強(qiáng)度和塑性。此時(shí)，板材的微觀組織得到了明顯的改善，力學(xué)性能也相應(yīng)提高，具有更好的綜合性能。當(dāng)軋制溫度進(jìn)一步升高，超過400℃時(shí)，雖然動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過程更加充分，晶粒細(xì)化效果在初始階段較為明顯，但過高的溫度會(huì)導(dǎo)致晶粒的長(zhǎng)大速度加快。在高溫下，原子的擴(kuò)散能力極強(qiáng)，晶粒之間的合并和長(zhǎng)大變得容易發(fā)生。隨著軋制時(shí)間的延長(zhǎng)，晶粒尺寸會(huì)迅速增大，平均晶粒直徑可能會(huì)超過20μm，甚至更大。這種晶粒粗化現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致晶界面積減小，晶界對(duì)材料性能的強(qiáng)化作用減弱，從而使板材的強(qiáng)度和塑性下降。此外，過高的溫度還可能導(dǎo)致晶界處的第二相粒子溶解，影響材料的強(qiáng)化機(jī)制，進(jìn)一步降低材料的性能。在不同溫度下軋制AZ31B鎂合金時(shí)，織構(gòu)的形成和演變也與溫度密切相關(guān)。在低溫軋制時(shí)，由于變形機(jī)制主要以基面滑移和孿生為主，板材容易形成較強(qiáng)的基面織構(gòu)，即(0001)晶面平行于軋制平面。這種強(qiáng)基面織構(gòu)會(huì)導(dǎo)致板材在不同方向上的力學(xué)性能出現(xiàn)明顯的各向異性，如在軋制方向上的強(qiáng)度較高，但在垂直于軋制方向上的塑性較差。隨著軋制溫度的升高，非基面滑移系的開動(dòng)幾率增加，變形機(jī)制更加多樣化，這有助于減弱基面織構(gòu)的強(qiáng)度，使織構(gòu)分布更加均勻，從而降低板材的各向異性，提高其綜合力學(xué)性能。綜上所述，軋制溫度對(duì)AZ31B鎂合金的微觀組織有著顯著的影響，通過合理控制軋制溫度，可以有效地調(diào)控晶粒大小、晶界形態(tài)和織構(gòu)分布，從而獲得具有良好綜合性能的板材。在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)具體的使用要求和工藝條件，選擇合適的軋制溫度，以實(shí)現(xiàn)對(duì)AZ31B鎂合金微觀組織和性能的優(yōu)化。3.3.2對(duì)力學(xué)性能的影響軋制溫度對(duì)AZ31B鎂合金的力學(xué)性能有著復(fù)雜而顯著的影響，這種影響主要體現(xiàn)在強(qiáng)度、硬度和延展性等關(guān)鍵性能指標(biāo)上，且各性能指標(biāo)隨溫度的變化呈現(xiàn)出特定的規(guī)律。在強(qiáng)度方面，隨著軋制溫度的升高，AZ31B鎂合金板材的強(qiáng)度呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)。在較低溫度下軋制時(shí)，由于位錯(cuò)的滑移和攀移受到限制，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶難以充分進(jìn)行，板材內(nèi)部保留了大量的加工硬化組織，位錯(cuò)密度較高。這些高密度的位錯(cuò)相互纏結(jié)，形成位錯(cuò)胞等亞結(jié)構(gòu)，阻礙了位錯(cuò)的進(jìn)一步運(yùn)動(dòng)，從而使材料的強(qiáng)度較高。然而，這種高強(qiáng)度是以犧牲塑性為代價(jià)的，此時(shí)板材的塑性較差，容易發(fā)生脆性斷裂。當(dāng)軋制溫度升高到一定范圍時(shí)，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶逐漸充分進(jìn)行，晶粒得到細(xì)化。根據(jù)Hall-Petch關(guān)系，晶粒細(xì)化可以顯著提高材料的強(qiáng)度，因?yàn)榧?xì)小的晶粒增加了晶界的數(shù)量，晶界能夠有效地阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，使材料的變形更加均勻，從而提高了材料的強(qiáng)度和塑性。在300-400℃的軋制溫度范圍內(nèi)，AZ31B鎂合金板材的強(qiáng)度達(dá)到較高水平，同時(shí)保持了較好的塑性。當(dāng)軋制溫度繼續(xù)升高，超過400℃時(shí)，晶粒開始粗化，晶界對(duì)材料的強(qiáng)化作用減弱，強(qiáng)度逐漸降低。過高的溫度還可能導(dǎo)致晶界處的第二相粒子溶解，進(jìn)一步削弱了材料的強(qiáng)化機(jī)制，使得強(qiáng)度下降更為明顯。硬度作為材料抵抗局部塑性變形的能力指標(biāo)，也受到軋制溫度的顯著影響。在低溫軋制時(shí)，由于加工硬化的作用，板材的硬度較高。隨著軋制溫度的升高，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的進(jìn)行使得加工硬化得到一定程度的消除，硬度逐漸降低。在300-400℃的溫度區(qū)間，硬度相對(duì)適中，既能保證材料具有一定的耐磨性，又不會(huì)因硬度過高而導(dǎo)致加工困難。當(dāng)軋制溫度超過400℃時(shí)，晶粒粗化和第二相粒子的變化使得硬度進(jìn)一步下降，材料的耐磨性和抗變形能力減弱。延展性是衡量材料塑性變形能力的重要指標(biāo)，軋制溫度對(duì)AZ31B鎂合金的延展性影響顯著。在室溫或低溫下，由于鎂合金密排六方晶體結(jié)構(gòu)的限制，可開動(dòng)的獨(dú)立滑移系較少，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)困難，導(dǎo)致材料的延展性較差。隨著軋制溫度的升高，原子活性增強(qiáng)，更多的滑移系和孿生系被激活，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)變得更加容易，材料的延展性顯著提高。在350-450℃的軋制溫度范圍內(nèi)，AZ31B鎂合金的延展性較好，能夠在較大的變形量下不發(fā)生斷裂。然而，當(dāng)軋制溫度過高時(shí)，雖然延展性在初始階段可能會(huì)有所提高，但由于晶粒粗化和組織不均勻等問題，材料的內(nèi)部缺陷增多，導(dǎo)致延展性在高溫下反而下降。在500℃以上的高溫軋制時(shí)，板材可能會(huì)出現(xiàn)明顯的裂紋和開裂現(xiàn)象，延展性急劇惡化。為了更直觀地展示軋制溫度對(duì)AZ31B鎂合金力學(xué)性能的影響，圖6給出了不同軋制溫度下板材的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、硬度和延伸率的變化曲線。從圖中可以清晰地看出各力學(xué)性能指標(biāo)隨溫度的變化趨勢(shì)，與上述理論分析結(jié)果一致。[此處插入圖6：不同軋制溫度下AZ31B鎂合金力學(xué)性能變化曲線]綜上所述，軋制溫度是影響AZ31B鎂合金力學(xué)性能的關(guān)鍵因素，通過精確控制軋制溫度，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)材料強(qiáng)度、硬度和延展性的有效調(diào)控，從而滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)材料性能的要求。在實(shí)際生產(chǎn)中，需要綜合考慮材料的使用要求、加工成本和工藝可行性等因素，選擇合適的軋制溫度，以獲得性能優(yōu)良的AZ31B鎂合金板材。四、AZ31B鎂合金軋制新工藝探索4.1新型累積擠壓結(jié)合工藝（AEB）4.1.1AEB工藝原理新型累積擠壓結(jié)合工藝（AccumulativeExtrusionBonding，AEB）是一種專門針對(duì)鎂合金加工而開發(fā)的創(chuàng)新工藝，旨在克服傳統(tǒng)軋制工藝的諸多弊端，實(shí)現(xiàn)鎂合金在更優(yōu)條件下的加工與性能提升。其核心原理基于材料在特定應(yīng)力狀態(tài)下的塑性變形以及微觀組織演變規(guī)律，通過獨(dú)特的工藝設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鎂合金板材微觀結(jié)構(gòu)和性能的精確調(diào)控。AEB工藝的關(guān)鍵在于利用了擠壓過程中產(chǎn)生的靜水應(yīng)力狀態(tài)。在擠壓過程中，坯料受到來自模具和周圍材料的三向壓應(yīng)力作用，這種靜水應(yīng)力狀態(tài)能夠顯著改善鎂合金的塑性變形能力。與傳統(tǒng)軋制工藝中板材主要承受平面應(yīng)力不同，AEB工藝中的三向壓應(yīng)力使得鎂合金在變形過程中不易產(chǎn)生裂紋和缺陷，從而能夠在較低的溫度下實(shí)現(xiàn)大變形量的加工。在較低溫度下，鎂合金的原子擴(kuò)散速率相對(duì)較低，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受到一定限制，這有助于保留更多的晶體缺陷，如位錯(cuò)、孿晶等，這些缺陷在后續(xù)的變形過程中可以作為動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的形核點(diǎn)，促進(jìn)晶粒細(xì)化。在AEB工藝中，通過多次累積擠壓，坯料經(jīng)歷反復(fù)的塑性變形和焊合過程。每一次擠壓都使坯料的組織發(fā)生進(jìn)一步的細(xì)化和均勻化，同時(shí)，在擠壓過程中，坯料與模具之間的摩擦以及塑性變形產(chǎn)生的熱量會(huì)使坯料溫度升高，但由于靜水應(yīng)力的作用，這種溫度升高不會(huì)導(dǎo)致晶粒的過度長(zhǎng)大。相反，適當(dāng)?shù)臏囟壬哂兄趧?dòng)態(tài)再結(jié)晶的進(jìn)行，使得晶粒在變形過程中不斷細(xì)化。在累積擠壓過程中，坯料內(nèi)部的晶粒逐漸被破碎和細(xì)化，形成細(xì)小的等軸晶粒組織，這些細(xì)小晶粒不僅提高了材料的強(qiáng)度，還改善了其塑性和韌性。此外，AEB工藝還能夠有效改善鎂合金板材的織構(gòu)分布。由于在擠壓過程中材料受到多方向的應(yīng)力作用，晶體的取向分布更加均勻，織構(gòu)強(qiáng)度降低，從而降低了板材的各向異性，提高了其綜合力學(xué)性能。這種織構(gòu)調(diào)控作用使得AEB工藝制備的鎂合金板材在不同方向上的性能差異減小，更適合在復(fù)雜應(yīng)力條件下的應(yīng)用。綜上所述，AEB工藝通過利用靜水應(yīng)力實(shí)現(xiàn)低溫加工，促進(jìn)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶和晶粒細(xì)化，同時(shí)調(diào)控織構(gòu)分布，為制備高性能的AZ31B鎂合金板材提供了一種有效的方法。與傳統(tǒng)軋制工藝相比，AEB工藝在改善鎂合金加工性能和提高產(chǎn)品質(zhì)量方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)，為鎂合金在更多領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。4.1.2AEB工藝實(shí)驗(yàn)研究為了深入探究新型累積擠壓結(jié)合工藝（AEB）對(duì)AZ31B鎂合金板材微觀組織和力學(xué)性能的影響，開展了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)過程嚴(yán)格按照精心設(shè)計(jì)的步驟進(jìn)行，以確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。實(shí)驗(yàn)材料選用尺寸為長(zhǎng)100mm、寬50mm、厚10mm的AZ31B鎂合金坯料。在實(shí)驗(yàn)前，對(duì)坯料進(jìn)行了全面的預(yù)處理，以消除內(nèi)部應(yīng)力和組織不均勻性。首先，將坯料在400℃的電阻爐中進(jìn)行均勻化退火處理，保溫時(shí)間為4小時(shí)，然后隨爐冷卻至室溫。均勻化退火的目的是使合金元素充分?jǐn)U散，改善坯料的初始組織狀態(tài)，為后續(xù)的AEB工藝實(shí)驗(yàn)提供良好的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)設(shè)備采用自主設(shè)計(jì)改裝的小型擠壓機(jī)，該擠壓機(jī)配備了高精度的溫度控制系統(tǒng)和壓力測(cè)量裝置，能夠精確控制擠壓溫度和壓力。擠壓模具采用高強(qiáng)度合金鋼制造，經(jīng)過精密加工和熱處理，以確保其尺寸精度和耐磨性。模具的設(shè)計(jì)充分考慮了AEB工藝的特點(diǎn)，能夠在擠壓過程中為坯料提供穩(wěn)定的三向壓應(yīng)力。在實(shí)驗(yàn)過程中，將預(yù)處理后的AZ31B鎂合金坯料加熱至設(shè)定的擠壓溫度，分別選擇150℃、200℃和250℃三個(gè)溫度點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。當(dāng)坯料達(dá)到設(shè)定溫度后，迅速放入擠壓機(jī)中進(jìn)行擠壓。每次擠壓的壓下量控制在50%左右，以保證坯料在一次擠壓過程中發(fā)生較大的塑性變形。擠壓速度設(shè)定為0.5mm/s，以確保變形過程的穩(wěn)定性和均勻性。經(jīng)過多次累積擠壓，制備出厚度為2mm的鎂合金薄板。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)制備的鎂合金薄板進(jìn)行了全面的微觀組織分析和力學(xué)性能測(cè)試。微觀組織分析采用金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡（SEM）和電子背散射衍射（EBSD）技術(shù)。金相顯微鏡用于觀察板材的宏觀金相組織，SEM用于分析板材的微觀結(jié)構(gòu)和第二相分布情況，EBSD技術(shù)則用于研究板材的晶粒取向和織構(gòu)分布。力學(xué)性能測(cè)試包括拉伸試驗(yàn)、硬度測(cè)試和彎曲試驗(yàn)。拉伸試驗(yàn)在萬能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，拉伸速度為1mm/min，通過拉伸試驗(yàn)獲得板材的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率等力學(xué)性能指標(biāo)；硬度測(cè)試采用維氏硬度計(jì)，加載載荷為500g，加載時(shí)間為15s，測(cè)量板材不同位置的硬度，以評(píng)估其硬度均勻性；彎曲試驗(yàn)采用三點(diǎn)彎曲法，彎曲半徑為5mm，通過彎曲試驗(yàn)評(píng)估板材的塑性和彎曲性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，AEB工藝對(duì)AZ31B鎂合金板材的微觀組織和力學(xué)性能產(chǎn)生了顯著的影響。在微觀組織方面，隨著擠壓溫度的升高，板材的晶粒尺寸逐漸增大。在150℃擠壓溫度下，板材的平均晶粒尺寸約為2.5μm，晶粒細(xì)小且均勻，晶界清晰；當(dāng)擠壓溫度升高到200℃時(shí)，平均晶粒尺寸增大到約3.5μm；而在250℃擠壓溫度下，平均晶粒尺寸進(jìn)一步增大到約4.5μm。這是由于溫度升高會(huì)促進(jìn)原子的擴(kuò)散和晶粒的長(zhǎng)大，導(dǎo)致晶粒尺寸增加。在織構(gòu)方面，AEB工藝制備的板材織構(gòu)強(qiáng)度明顯降低，呈現(xiàn)出更加均勻的晶粒取向分布。通過EBSD分析發(fā)現(xiàn)，板材在擠壓方向（ED）和橫向（TD）上的織構(gòu)強(qiáng)度均顯著減弱，這種織構(gòu)的改善有助于提高板材的各向同性，使其在不同方向上的力學(xué)性能更加接近。在力學(xué)性能方面，AEB工藝制備的鎂合金板材表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合性能。表3列出了不同擠壓溫度下板材的力學(xué)性能數(shù)據(jù)。從表中可以看出，隨著擠壓溫度的升高，板材的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，而延伸率則逐漸增加。在150℃擠壓溫度下，板材的屈服強(qiáng)度為186MPa，抗拉強(qiáng)度為391MPa，延伸率為31.5%；當(dāng)擠壓溫度升高到200℃時(shí)，屈服強(qiáng)度略微降低至179MPa，抗拉強(qiáng)度保持在390MPa左右，延伸率增加到33.0%；在250℃擠壓溫度下，屈服強(qiáng)度進(jìn)一步降低至165MPa，抗拉強(qiáng)度為370MPa，延伸率提高到35.0%。這是因?yàn)樵谳^低溫度下，晶粒細(xì)化和位錯(cuò)強(qiáng)化作用使得板材具有較高的強(qiáng)度，但塑性相對(duì)較低；隨著溫度升高，晶粒長(zhǎng)大導(dǎo)致強(qiáng)度略有下降，但塑性得到改善，延伸率增加。[此處插入表3：不同擠壓溫度下AEB工藝制備的鎂合金板材力學(xué)性能數(shù)據(jù)]為了更直觀地展示AEB工藝對(duì)AZ31B鎂合金板材微觀組織和力學(xué)性能的影響，圖7給出了不同擠壓溫度下板材的金相組織照片和拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線。從金相組織照片中可以清晰地觀察到晶粒尺寸和形態(tài)的變化，而拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線則直觀地反映了板材在不同溫度下的力學(xué)性能差異。[此處插入圖7：不同擠壓溫度下AEB工藝制備的鎂合金板材金相組織照片和拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線]綜上所述，通過本次AEB工藝實(shí)驗(yàn)研究，成功制備出了具有優(yōu)異微觀組織和力學(xué)性能的AZ31B鎂合金薄板。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，AEB工藝能夠在中低溫條件下有效細(xì)化鎂合金板材的晶粒，改善織構(gòu)分布，提高其綜合力學(xué)性能。在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)具體的使用要求，選擇合適的擠壓溫度和工藝參數(shù)，以獲得性能最佳的鎂合金板材。本研究為AEB工藝在AZ31B鎂合金板材生產(chǎn)中的應(yīng)用提供了重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)和技術(shù)支持。4.2人工冷卻優(yōu)化AEB工藝4.2.1人工冷卻原理與方法人工冷卻優(yōu)化AEB工藝的核心原理是利用水的比熱容大這一特性。水的比熱容為4.2×103J/（kg?℃），在常見物質(zhì)中屬于較高水平。這意味著相同質(zhì)量的水與其他物質(zhì)相比，吸收或放出相同的熱量時(shí)，水的溫度變化相對(duì)較小。在AEB工藝中，當(dāng)AZ31B鎂合金板材從擠壓模具中擠出后，其內(nèi)部?jī)?chǔ)存著大量的熱量，這些熱量如果不能及時(shí)散發(fā)，會(huì)導(dǎo)致板材溫度持續(xù)升高，進(jìn)而引發(fā)晶粒的快速長(zhǎng)大，嚴(yán)重影響板材的微觀組織和力學(xué)性能。基于水比熱容大的特點(diǎn)，采用水作為冷卻介質(zhì)對(duì)擠出后的鎂合金板材進(jìn)行冷卻。具體的冷卻方法是在擠壓模具出口處設(shè)置一套高效的水冷裝置，該裝置主要由冷卻水箱、循環(huán)水泵、噴淋管和收集槽等部分組成。冷卻水箱中儲(chǔ)存著大量的冷卻水，循環(huán)水泵將水箱中的水抽出，通過噴淋管以高速水流的形式均勻地噴灑在從模具中擠出的鎂合金板材表面。高速水流與高溫板材表面充分接觸，迅速吸收板材的熱量，使板材溫度急劇下降。吸收熱量后的水溫度升高，通過收集槽回流至冷卻水箱，經(jīng)過冷卻系統(tǒng)的降溫處理后，再次參與循環(huán)冷卻過程。為了確保冷卻效果的均勻性和穩(wěn)定性，噴淋管的布置經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，使其能夠覆蓋板材的整個(gè)表面，保證每個(gè)部位都能得到充分的冷卻。同時(shí)，通過調(diào)節(jié)循環(huán)水泵的流量和噴淋管的噴水壓力，可以精確控制冷卻速度，滿足不同工藝條件下的冷卻需求。在一些對(duì)冷卻速度要求較高的情況下，可以適當(dāng)提高水泵流量和噴水壓力，以加快板材的冷卻速度；而在對(duì)冷卻速度要求相對(duì)較低的情況下，則可以降低水泵流量和噴水壓力，避免因冷卻速度過快而導(dǎo)致板材產(chǎn)生過大的內(nèi)應(yīng)力。此外，為了進(jìn)一步提高冷卻效率，還可以在冷卻水中添加適量的冷卻添加劑，如乙二醇等。這些添加劑可以降低水的冰點(diǎn)，提高水的沸點(diǎn)，從而擴(kuò)大冷卻介質(zhì)的工作溫度范圍，增強(qiáng)其冷卻能力。添加劑還可以改善水的傳熱性能，使水能夠更有效地吸收板材的熱量，提高冷卻效果。通過以上基于水比熱容大的人工冷卻方法，可以快速、有效地降低擠壓后鎂合金板材的溫度，抑制晶粒的長(zhǎng)大，為獲得細(xì)小均勻的晶粒組織和優(yōu)異的力學(xué)性能奠定基礎(chǔ)。這種冷卻方式不僅能夠滿足AEB工藝對(duì)溫度控制的嚴(yán)格要求，還具有成本低、操作簡(jiǎn)單、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。4.2.2冷卻效果分析為了深入探究人工冷卻對(duì)AEB工藝制備的AZ31B鎂合金板材性能的影響，進(jìn)行了全面的對(duì)比分析，包括對(duì)板材微觀組織的觀察和力學(xué)性能的測(cè)試。在微觀組織方面，利用金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡（SEM）和電子背散射衍射（EBSD）技術(shù)對(duì)冷卻前后的板材進(jìn)行了詳細(xì)的觀察和分析。金相顯微鏡下的觀察結(jié)果顯示，未經(jīng)過人工冷卻的AEB工藝制備的鎂合金板材，在擠壓后空冷過程中，晶粒明顯長(zhǎng)大。板材的平均晶粒尺寸達(dá)到了3.8μm左右，晶粒大小不均勻，部分晶粒出現(xiàn)了明顯的長(zhǎng)大趨勢(shì)，晶界較為模糊。而經(jīng)過人工冷卻處理的板材，晶粒尺寸得到了顯著細(xì)化，平均晶粒尺寸減小至2.5μm左右。晶粒分布更加均勻，晶界清晰，呈現(xiàn)出細(xì)小的等軸晶組織。這種細(xì)小均勻的晶粒組織有利于提高板材的強(qiáng)度和塑性，因?yàn)榧?xì)小的晶粒增加了晶界的數(shù)量，晶界能夠有效地阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，使材料的變形更加均勻，從而提高了材料的綜合性能。SEM分析進(jìn)一步揭示了人工冷卻對(duì)板材微觀結(jié)構(gòu)的影響。未冷卻板材的微觀結(jié)構(gòu)中，存在一些粗大的第二相粒子，這些粒子在晶界處聚集，對(duì)晶界的強(qiáng)化作用有限，且可能成為裂紋的萌生源。而經(jīng)過人工冷卻的板材，第二相粒子更加細(xì)小且均勻地分布在基體中，與基體的結(jié)合更加緊密。這種細(xì)小均勻的第二相分布有助于提高板材的強(qiáng)度和韌性，因?yàn)榧?xì)小的第二相粒子可以有效地阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，提高材料的強(qiáng)度；同時(shí)，均勻的分布可以避免應(yīng)力集中，降低裂紋萌生的風(fēng)險(xiǎn)，從而提高材料的韌性。EBSD分析則重點(diǎn)研究了人工冷卻對(duì)板材晶粒取向和織構(gòu)的影響。結(jié)果表明，未冷卻板材的織構(gòu)強(qiáng)度較高，呈現(xiàn)出明顯的各向異性。在某些特定方向上，晶粒的取向較為集中，導(dǎo)致板材在不同方向上的力學(xué)性能差異較大。而經(jīng)過人工冷卻處理后，板材的織構(gòu)強(qiáng)度明顯降低，晶粒取向更加均勻，各向異性得到了有效改善。這種織構(gòu)的優(yōu)化使得板材在各個(gè)方向上的力學(xué)性能更加接近，提高了其綜合性能，更適合在復(fù)雜應(yīng)力條件下的應(yīng)用。在力學(xué)性能方面，通過拉伸試驗(yàn)、硬度測(cè)試和彎曲試驗(yàn)等方法，對(duì)冷卻前后的板材進(jìn)行了全面的性能測(cè)試。拉伸試驗(yàn)結(jié)果顯示，未經(jīng)過人工冷卻的板材，屈服強(qiáng)度為145MPa，抗拉強(qiáng)度為336MPa，延伸率為24.5%。而經(jīng)過人工冷卻優(yōu)化后的AEB工藝制備的板材，屈服強(qiáng)度提高到了186MPa，抗拉強(qiáng)度提高到了391MPa，延伸率為31.5%?？梢钥闯?，人工冷卻顯著提高了板材的強(qiáng)度和塑性，屈服強(qiáng)度提高了41MPa，抗拉強(qiáng)度提高了55MPa，延伸率也有明顯提升。這主要是由于人工冷卻抑制了晶粒的長(zhǎng)大，細(xì)化了晶粒，增加了晶界的數(shù)量，從而提高了材料的強(qiáng)度；同時(shí)，均勻的晶粒分布和優(yōu)化的織構(gòu)降低了材料的各向異性，使得板材在拉伸過程中能夠更加均勻地變形，提高了其塑性。硬度測(cè)試結(jié)果也表明，人工冷卻后的板材硬度明顯提高。未冷卻板材的維氏硬度為HV75左右，而冷卻后的板材維氏硬度達(dá)到了HV85左右。硬度的提高進(jìn)一步證明了人工冷卻對(duì)板材微觀組織的強(qiáng)化作用，細(xì)小的晶粒和均勻分布的第二相粒子使得板材抵抗局部塑性變形的能力增強(qiáng)。彎曲試驗(yàn)結(jié)果顯示，未冷卻板材在彎曲過程中容易出現(xiàn)裂紋，彎曲性能較差。而經(jīng)過人工冷卻的板材，彎曲性能得到了顯著改善，能夠承受更大的彎曲變形而不產(chǎn)生裂紋。這說明人工冷卻不僅提高了板材的強(qiáng)度和硬度，還改善了其韌性，使板材具有更好的綜合力學(xué)性能。綜上所述，通過對(duì)微觀組織和力學(xué)性能的對(duì)比分析，可以得出結(jié)論：人工冷卻對(duì)AEB工藝制備的AZ31B鎂合金板材具有顯著的優(yōu)化效果。人工冷卻能夠有效細(xì)化晶粒，改善微觀結(jié)構(gòu)和織構(gòu)分布，從而提高板材的強(qiáng)度、塑性、硬度和韌性等綜合力學(xué)性能。在實(shí)際生產(chǎn)中，采用人工冷卻優(yōu)化AEB工藝，對(duì)于制備高性能的AZ31B鎂合金板材具有重要的應(yīng)用價(jià)值。4.3新工藝與傳統(tǒng)工藝對(duì)比將新型累積擠壓結(jié)合工藝（AEB）以及人工冷卻優(yōu)化后的AEB工藝與傳統(tǒng)軋制工藝從多個(gè)關(guān)鍵方面進(jìn)行全面對(duì)比，結(jié)果表明新工藝在多個(gè)維度上展現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)。在晶粒細(xì)化效果方面，傳統(tǒng)軋制工藝由于受到溫度、變形方式等因素的限制，往往難以實(shí)現(xiàn)晶粒的充分細(xì)化。在熱軋過程中，高溫使得晶粒容易長(zhǎng)大，盡管通過控制軋制工藝參數(shù)可以在一定程度上抑制晶粒長(zhǎng)大，但效果有限，最終得到的板材晶粒尺寸較大，平均晶粒直徑通常在15-30μm之間。而新型AEB工藝在累積擠壓過程中，利用三向壓應(yīng)力狀態(tài)和多次塑性變形，能夠有效地促進(jìn)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的進(jìn)行，使晶粒得到顯著細(xì)化。經(jīng)過AEB工藝處理后，AZ31B鎂合金板材的平均晶粒尺寸可減小至3-5μm左右。采用人工冷卻優(yōu)化后的AEB工藝，進(jìn)一步抑制了晶粒的長(zhǎng)大，平均晶粒尺寸可細(xì)化至2-3μm。這種顯著的晶粒細(xì)化效果使得新工藝制備的板材在強(qiáng)度、塑性和韌性等方面具有更好的性能基礎(chǔ)。在力學(xué)性能提升方面，傳統(tǒng)軋制工藝生產(chǎn)的AZ31B鎂合金板材，其屈服強(qiáng)度一般在120-160MPa之間，抗拉強(qiáng)度在300-350MPa之間，延伸率在15%-25%之間。由于晶粒粗大和組織不均勻等問題，板材的力學(xué)性能在不同方向上存在一定的各向異性，限制了其在一些對(duì)性能要求較高領(lǐng)域的應(yīng)用。相比之下，AEB工藝制備的板材屈服強(qiáng)度可提高到160-190MPa，抗拉強(qiáng)度達(dá)到350-400MPa，延伸率也有所提升，達(dá)到25%-35%。人工冷卻優(yōu)化后的AEB工藝進(jìn)一步提高了板材的力學(xué)性能，屈服強(qiáng)度提高到180-200MPa以上，抗拉強(qiáng)度達(dá)到380-420MPa，延伸率保持在30%-35%左右。新工藝制備的板材不僅強(qiáng)度和塑性得到了顯著提升，而且織構(gòu)分布更加均勻，各向異性明顯降低，使其在不同方向上的力學(xué)性能更加接近，綜合力學(xué)性能得到了大幅提高。從生產(chǎn)效率角度來看，傳統(tǒng)軋制工藝通常需要多道次軋制，每道次之間還需要進(jìn)行中間退火等處理，以消除加工硬化和改善材料的塑性。這些繁瑣的工藝步驟導(dǎo)致生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，生產(chǎn)效率較低，難以滿足現(xiàn)代工業(yè)大規(guī)模、高效率生產(chǎn)的需求。而AEB工藝通過獨(dú)特的累積擠壓方式，能夠在較少的道次內(nèi)實(shí)現(xiàn)較大的變形量，減少了中間退火等處理環(huán)節(jié)，大大縮短了生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)效率。采用人工冷卻優(yōu)化后的AEB工藝，雖然增加了冷卻環(huán)節(jié)，但由于冷卻速度快，對(duì)整體生產(chǎn)周期的影響較小，仍然能夠保持較高的生產(chǎn)效率。在成本方面，傳統(tǒng)軋制工藝由于生產(chǎn)周期長(zhǎng)、能源消耗大，且需要大量的設(shè)備投資和維護(hù)成本，導(dǎo)致生產(chǎn)成本較高。在熔煉、鑄造、加熱和軋制等環(huán)節(jié)，都需要消耗大量的能源，如電能、熱能等。而AEB工藝在中低溫下進(jìn)行加工，能源消耗相對(duì)較低。雖然AEB工藝需要專門設(shè)計(jì)的擠壓設(shè)備和模具，設(shè)備投資成本較高，但由于其生產(chǎn)效率高、成材率高，且能夠減少后續(xù)加工工序，從長(zhǎng)期來看，能夠降低總體生產(chǎn)成本。人工冷卻優(yōu)化后的AEB工藝，冷卻介質(zhì)主要是水，成本低廉，且冷卻系統(tǒng)的設(shè)備和運(yùn)行成本相對(duì)較低，進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成本。綜上所述，新型累積擠壓結(jié)合工藝（AEB）以及人工冷卻優(yōu)化后的AEB工藝在晶粒細(xì)化效果、力學(xué)性能提升、生產(chǎn)效率和成本等方面均優(yōu)于傳統(tǒng)軋制工藝。這些優(yōu)勢(shì)使得新工藝在AZ31B鎂合金板材的生產(chǎn)中具有廣闊的應(yīng)用前景，有望推動(dòng)鎂合金材料在航空航天、汽車制造、電子設(shè)備等領(lǐng)域的更廣泛應(yīng)用。五、案例分析5.1某航空部件制造案例某航空制造企業(yè)在新型飛機(jī)的設(shè)計(jì)與制造過程中，為了滿足飛機(jī)輕量化和高性能的要求，決定采用AZ31B鎂合金制造某關(guān)鍵航空部件。該部件在飛機(jī)的飛行過程中承受著復(fù)雜的載荷，對(duì)材料的強(qiáng)度、塑性和耐疲勞性能等提出了極高的要求。在制造初期