宋廣勝，紀(jì)開盛，張士宏

(1沈陽航空航天大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，沈陽110036；2中國科學(xué)院 金屬研究所，沈陽110016)

鎂合金因其具有密度低、比剛度高和電磁屏蔽性好等優(yōu)點，在航空航天、汽車和電子等產(chǎn)業(yè)中具有潛在應(yīng)用價值，鎂合金性能的改善和成形工藝的開發(fā)長期受到關(guān)注。但鎂合金室溫下能夠獨立啟動的滑移系少，導(dǎo)致其室溫下變形呈現(xiàn)低的強(qiáng)度和塑性，不利于其進(jìn)行大變形的塑性加工，也難以滿足結(jié)構(gòu)件的力學(xué)性能要求。相關(guān)研究采用異步軋制(differential speed rolling，DSR)和等通道擠壓(equal channel angular pressing，ECAP)等特殊變形方式來削弱鎂合金型材的基面織構(gòu)強(qiáng)度[1-4]，以求提高其力學(xué)性能?，F(xiàn)階段，采用微合金化手段開發(fā)稀土鎂合金成為鎂合金研究的熱點[5-7]，相關(guān)研究獲得了力學(xué)性能明顯改善的鎂合金型材。

鎂合金零件在服役過程中可能受到拉伸、壓縮或扭轉(zhuǎn)等載荷的作用。目前，鎂合金型材的力學(xué)性能及相關(guān)機(jī)理研究主要集中于常規(guī)拉伸或壓縮變形[8-12]，扭轉(zhuǎn)變形的研究多集中于單向扭轉(zhuǎn)變形[13-18]，而循環(huán)扭轉(zhuǎn)變形的研究相對較少。

關(guān)于鎂合金扭轉(zhuǎn)變形的力學(xué)性能的研究，Song等[13-14]對鎂合金棒材進(jìn)行單向扭轉(zhuǎn)的預(yù)變形，發(fā)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)變形增加了位錯密度及削弱了原始的基面織構(gòu)，明顯地提高了棒材的強(qiáng)度和降低了拉壓不對稱性；Guo等[18]對軋制鎂合金進(jìn)行了大應(yīng)變的扭轉(zhuǎn)變形，發(fā)現(xiàn)當(dāng)扭轉(zhuǎn)軸與法線方向一致時，扭轉(zhuǎn)試樣沿軸向伸長，而當(dāng)扭轉(zhuǎn)軸與軋向一致時，扭轉(zhuǎn)試樣則沿軸向縮短，上述現(xiàn)象是由拉伸孿晶效應(yīng)所致；Zhang等[19]對鎂合金薄壁管材進(jìn)行了軸向載荷為零和不為零兩種條件下的循環(huán)扭轉(zhuǎn)變形，發(fā)現(xiàn)對于軸向載荷為零的純扭轉(zhuǎn)變形，雖然拉伸孿晶在大應(yīng)變幅度下啟動，但應(yīng)力-應(yīng)變滯回線仍呈嚴(yán)格對稱性，而對于軸向載荷不為零的扭轉(zhuǎn)變形，由于孿晶和解孿晶的交替發(fā)生，導(dǎo)致切應(yīng)力-切應(yīng)變滯回線成非對稱性；Yu等[20]對鎂合金薄壁管在不同軸向載荷條件下的循環(huán)扭轉(zhuǎn)變形的疲勞特性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)軸向拉應(yīng)力能降低扭轉(zhuǎn)疲勞壽命，而軸向壓應(yīng)力則明顯提高疲勞壽命；Albinmousa等[21-23]通過對鎂合金管材施加不同比例和不同相差角的軸向和扭轉(zhuǎn)載荷，系統(tǒng)研究了滯回線形狀與變形機(jī)制的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)孿晶是上述變形過程中一種重要變形模式，純扭轉(zhuǎn)載荷下滯回線呈嚴(yán)格對稱性，軸向和扭轉(zhuǎn)載荷的比值對疲勞壽命無明顯影響。

上述研究主要是針對鎂合金棒材的單向扭轉(zhuǎn)變形和鎂合金管材的循環(huán)扭轉(zhuǎn)變形，對于鎂合金棒材的循環(huán)扭轉(zhuǎn)變形的力學(xué)性能和微觀機(jī)制及其對棒材力學(xué)性能的影響則缺少相關(guān)的研究。本工作對鎂合金棒材進(jìn)行循環(huán)扭轉(zhuǎn)變形，分析了變形過程中的宏觀力學(xué)性能以及扭轉(zhuǎn)變形對棒材的織構(gòu)、微觀組織和力學(xué)性能的影響。

1 實驗材料與方法

實驗材料采用直徑為26mm的商用AZ31鎂合金擠壓棒材，其化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%)為Al 2.68，Zn 0.75，Mn 0.68，Cu 0.001，Si 0.03，F(xiàn)e 0.003，Mg余量。擠壓棒材經(jīng)過420℃/6h的退火處理后，加工成如圖1所示的標(biāo)準(zhǔn)扭轉(zhuǎn)試樣。扭轉(zhuǎn)變形在SANS-CTT1202型微機(jī)控制電子扭轉(zhuǎn)試驗機(jī)上進(jìn)行，扭轉(zhuǎn)變形的速率為34.4(°)/min，扭轉(zhuǎn)變形過程中，試樣在軸向可自由移動。扭轉(zhuǎn)變形的最大扭轉(zhuǎn)角分別設(shè)為±90°和±60°兩種，最大正扭轉(zhuǎn)角對應(yīng)著順時針扭轉(zhuǎn)，絕對值最大的負(fù)扭轉(zhuǎn)角則對應(yīng)著逆時針扭轉(zhuǎn)。單個扭轉(zhuǎn)變形周期定義為扭轉(zhuǎn)角自0°開始，順時針扭轉(zhuǎn)達(dá)到正的最大扭轉(zhuǎn)角，然后逆時針扭轉(zhuǎn)變形到絕對值最大的負(fù)扭轉(zhuǎn)角，最后順時針扭轉(zhuǎn)變形到扭轉(zhuǎn)角為零。分別對6個試樣進(jìn)行扭轉(zhuǎn)變形，其中5個試樣的扭轉(zhuǎn)參數(shù)為：最大扭轉(zhuǎn)角為±90°，總周期數(shù)依次為1，5，10，15和20；第6個試樣的扭轉(zhuǎn)參數(shù)為：最大扭轉(zhuǎn)角為±60°，總周期數(shù)為20。

圖1 扭轉(zhuǎn)試樣Fig.1 Torsion specimen

壓縮變形試樣為φ10mm×10mm的圓柱體，試樣取自扭轉(zhuǎn)試樣的軸向中間位置處，壓縮試樣的軸向與扭轉(zhuǎn)試樣的軸向一致，壓縮變形在SANS-CMT-5105微機(jī)控制電子萬能試驗機(jī)上進(jìn)行，沿軸向壓縮變形，應(yīng)變速率為10-3s-1。在采用EBSD技術(shù)測定晶粒取向的實驗中，先對試樣進(jìn)行研磨，再對試樣進(jìn)行機(jī)械拋光，最后進(jìn)行電解拋光，電解液為體積比是1∶9的高氯酸和乙醇的混合液，用液氮將電解液降溫到約-20℃時再進(jìn)行電解，電解電壓為15V，電解時間為150s。EBSD實驗在附有EBSD系統(tǒng)的Zeiss Gemini SEM500/300場發(fā)射掃描電鏡上進(jìn)行，所測得晶粒取向數(shù)據(jù)利用HKL Channel5軟件進(jìn)行處理。

擠壓棒材的宏觀極圖采用Bruker D8 3KW型X射線衍射儀測得，選用純銅靶材，樣品旋轉(zhuǎn)范圍：α=0°～70°，β=0°～360°。采用步進(jìn)式掃描方式(Δα=5°，Δβ=5°)，利用純鎂粉末對所測得極圖的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，最后導(dǎo)出所測得XRD數(shù)據(jù)，采用Mtex軟件繪制完整極圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 應(yīng)力-應(yīng)變滯回線

對于扭轉(zhuǎn)變形過程，材料扭轉(zhuǎn)試驗機(jī)采集的主要數(shù)據(jù)為扭轉(zhuǎn)角和扭矩，分別依據(jù)公式(1)和(2)將扭矩轉(zhuǎn)換為名義應(yīng)力τ，扭轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換為應(yīng)變γ。

(1)

(2)

式中：d0,Le，T和φ分別為扭轉(zhuǎn)試樣標(biāo)距部分的直徑，標(biāo)距部分的長度，所測得的扭矩和扭轉(zhuǎn)角。

利用扭轉(zhuǎn)試驗機(jī)的采集數(shù)據(jù)，依據(jù)公式(1)和(2)得到的鎂合金棒材循環(huán)扭轉(zhuǎn)變形過程中的應(yīng)力-應(yīng)變滯回線如圖2所示，可以看出滯回線呈現(xiàn)對稱性，曲線在應(yīng)力為零處出現(xiàn)了水平直線段，這是因為扭轉(zhuǎn)試樣在設(shè)備上為非緊固連接，導(dǎo)致設(shè)備在扭轉(zhuǎn)角為零處改變扭轉(zhuǎn)方向時有短暫的空載，從而引起滯回線上出現(xiàn)如圖中所示的應(yīng)力為零的水平段。圖2(b)，(c)顯示，對于扭轉(zhuǎn)總周期數(shù)小于10的循環(huán)扭轉(zhuǎn)變形，在滯回線上的第1周期內(nèi)的峰值應(yīng)力低于其他周期，表明加工硬化導(dǎo)致峰值應(yīng)力增加，而圖2(d)～(f)則表明，當(dāng)循環(huán)總周期數(shù)達(dá)到或高于15時，后繼的若干周期的峰值應(yīng)力低于第1周期的峰值應(yīng)力，這是材料內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋所導(dǎo)致的。

圖2 循環(huán)扭轉(zhuǎn)過程中的剪切應(yīng)力-應(yīng)變滯回線(a)單周90°；(b)5周90°；(c)10周90°；(d)15周90°；(e)20周90°；(f)20周60°Fig.2 Shear stress-strain hysteresis loops during cyclic torsion(a)90° with one cycle;(b)90° with five cycles;(c)90° with ten cycles;(d)90°with fifteen cycles;(e)90° with twenty cycles;(f)60° with twenty cycles

為分析扭轉(zhuǎn)滯回線在不同扭轉(zhuǎn)周期內(nèi)的硬化特征，分別選取了總周期數(shù)為20而最大扭轉(zhuǎn)角分別為±90°和±60°的若干周期內(nèi)的滯回線，如圖3所示，第1周期內(nèi)的滯回線顯示了單調(diào)硬化特征，而從第2周期開始，滯回線的硬化速率呈現(xiàn)波動特征，即當(dāng)扭轉(zhuǎn)應(yīng)變的絕對值大約大于4時，硬化速率呈現(xiàn)上升趨勢，單個周期內(nèi)的滯回線在橫軸的上半部或下半部分的形狀特征與拉伸孿晶啟動的應(yīng)力應(yīng)變曲線相似，即呈現(xiàn)S型特征曲線，這意味著從第2周期開始，拉伸孿晶開始啟動。

圖3 循環(huán)扭轉(zhuǎn)過程中不同周期內(nèi)的應(yīng)力-應(yīng)變滯回線(a)±90°扭轉(zhuǎn)；(b)±60°扭轉(zhuǎn)Fig.3 Stress-strain hysteresis loops at different cycles of cyclic torsion(a)±90° torsion；(b)±60° torsion

將圖3中不同周期內(nèi)的滯回線對應(yīng)的峰值應(yīng)力進(jìn)行對比，可以看出，對于最大扭轉(zhuǎn)角分別為±90°和±60°的循環(huán)轉(zhuǎn)變形，從第1周期至第4周期，隨著周期數(shù)的增加，峰值應(yīng)力是遞增的，但是從第4周期至第19周期，峰值應(yīng)力則遞減，并且隨著峰值應(yīng)力的降低，滯回線所包圍的區(qū)域的面積明顯減小。

圖4顯示了最大扭轉(zhuǎn)角分別為±90°和±60°的循環(huán)扭轉(zhuǎn)過程中，峰值應(yīng)力隨著周期數(shù)的增加而產(chǎn)生的變化，考慮到循環(huán)扭轉(zhuǎn)過程中滯回線呈對稱性，故只選取了對應(yīng)正的最大扭轉(zhuǎn)角的峰值應(yīng)力進(jìn)行分析，圖中顯示峰值應(yīng)力在第4周期內(nèi)達(dá)到最大值，而后由于裂紋的產(chǎn)生使峰值應(yīng)力快速下降，當(dāng)扭轉(zhuǎn)周期數(shù)達(dá)到8時，峰值應(yīng)力又呈現(xiàn)慢速下降趨勢。可以看出在變形過程中，最大扭轉(zhuǎn)角為±90°的滯回線對應(yīng)的峰值應(yīng)力始終高于最大扭轉(zhuǎn)角為±60°的滯回線，兩者分別對應(yīng)的最大扭轉(zhuǎn)角雖然不同，但峰值應(yīng)力變化是同步的。

圖4 扭轉(zhuǎn)過程中峰值應(yīng)力變化Fig.4 Variations of peak stress during torsion

2.2 織構(gòu)變化

采用EBSD技術(shù)所測得鎂合金擠壓棒材及扭轉(zhuǎn)試樣的極圖如圖6所示，其中圖6(a)所示的織構(gòu)特征與圖5所示的宏觀織構(gòu)一致，而圖6(b)中的{0001}極圖顯示，經(jīng)過單周90°扭轉(zhuǎn)變形后，晶粒的C軸不再沿徑向均勻分布，表明該變形過程中，晶粒取向發(fā)生明顯變化，圖2(a)的應(yīng)力-應(yīng)變滯回線的硬化特征顯示，該變形過程中無大量孿晶啟動，滑移系啟動為該變形過程的主要微觀機(jī)制，滑移系啟動受到約束時也能明顯改變晶粒取向[24-25]。圖6(c)，(d)中的極圖顯示，經(jīng)過多周期的循環(huán)扭轉(zhuǎn)變形后，相比于原始的擠壓棒材，織構(gòu)特征無明顯變化，扭轉(zhuǎn)后的試樣仍保持為晶粒C軸沿徑向均勻分布的特征。

圖5 鎂合金擠壓棒材的極圖Fig.5 Pole figures of magnesium alloy extruded rods

圖6 擠壓棒材及扭轉(zhuǎn)試樣EBSD所測得極圖(a)擠壓棒材;(b)1周±90°;(c)20周±90°;(d)20周±60°Fig.6 Pole figures of extruded rods and twisted specimens measured by EBSD(a)extruded rods;(b)±90° with one cycle;(c)±90° with twenty cycles;(d)±60° with twenty cycles

2.3 孿晶機(jī)制

圖7為采用EBSD技術(shù)所測得擠壓棒材及扭轉(zhuǎn)試樣的晶粒取向圖，圖7(a)顯示擠壓棒材微觀組織由尺寸差異較大的大小晶粒組成，其中小晶粒均勻分布在大晶粒的晶界處或晶粒內(nèi)部，應(yīng)該為擠壓過程中動態(tài)再結(jié)晶所生成，組織中無孿晶帶。

圖7(b)～(d)顯示擠壓棒材經(jīng)過循環(huán)扭轉(zhuǎn)變形后在晶粒內(nèi)生成了孿晶帶，表明在變形過程中有孿晶啟動，在鎂合金的各種微觀變形機(jī)制中，拉伸孿晶由于其臨界剪切應(yīng)力(critical resolved shear stress，CRSS)值低而易啟動，變形過程中大量的拉伸孿晶啟動將對宏觀應(yīng)力應(yīng)變曲線產(chǎn)生明顯影響。

圖8顯示了扭轉(zhuǎn)試樣中的拉伸孿晶界和晶粒內(nèi)的小角度晶界的分布，可以看出總循環(huán)周期數(shù)為20的扭轉(zhuǎn)變形試樣的孿晶界的數(shù)量要多于單周扭轉(zhuǎn)試樣，單個晶粒內(nèi)的孿晶界多數(shù)呈現(xiàn)平行排列，少量孿晶界呈交叉狀態(tài)。孿晶界主要分布于大晶粒內(nèi)部，一些小晶粒內(nèi)沒有形成孿晶界，表明大晶粒在扭轉(zhuǎn)變形過程中更需要孿晶啟動來協(xié)調(diào)變形。

在圖7(b)～(d)對應(yīng)的晶粒取向圖中分別選取若干孿晶帶，分析孿晶帶及其對應(yīng)晶?；w的取向分布特征，圖9(a)，(c)，(e)顯示了孿晶帶所在的晶粒基體的取向分布，可以看出晶?；w的C軸接近于與ED垂直，并沿圓周方向較均勻分布，與圖5和圖6所顯示的擠壓棒材中晶粒取向特征一致。圖9(b)，(d)，(f)則顯示在拉伸孿晶啟動后，多數(shù)孿晶帶內(nèi)的晶粒取向特征為晶粒的C軸接近于與ED一致，少數(shù)孿晶帶內(nèi)晶粒的C軸則垂直于ED。

圖7 擠壓棒材及扭轉(zhuǎn)試樣的晶粒取向圖(a)擠壓棒材;(b)1周±90°;(c)20周±90°;(d)20周±60°Fig.7 Grain micrographs of extruded rods and twisted specimens(a)extruded rods;(b)±90° with one cycle;(c)±90° with twenty cycles;(d)±60° with twenty cycles

在鎂合金的塑性變形過程中，拉伸孿晶的啟動將使晶粒的C軸產(chǎn)生約86.3°的偏轉(zhuǎn)，從而明顯改變晶粒取向。圖9中的孿晶帶內(nèi)晶粒的取向特征表明，循環(huán)扭轉(zhuǎn)變形過程中，拉伸孿晶啟動使晶粒取向發(fā)生兩種變化，其一為孿晶啟動后，晶粒的C軸由垂直于ED轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫杏贓D，另一種變化則為孿晶啟動前后晶粒的C軸始終垂直于ED，并且以前一種變化為主，這兩種晶粒取向的變化特征可用圖10表示。本工作定義孿晶啟動后晶粒的C軸接近平行于ED的孿晶過程為T1孿晶，而孿晶啟動后晶粒的C軸仍垂直于ED的孿晶過程則為T2孿晶，圖10中顯示T1孿晶啟動使晶粒的C軸由垂直于ED轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫杏贓D，而T2孿晶使晶粒的C軸在垂直于ED的平面內(nèi)產(chǎn)生86.3°的偏轉(zhuǎn)。

在圖9(b)，(d)，(f)中，將孿晶帶內(nèi)晶粒的C軸取向位于小圓(半徑為大圓的一半)內(nèi)的孿晶劃歸為T1孿晶，將小圓外的孿晶則劃歸為T2孿晶，由圖9所示結(jié)果可以看出，絕大多數(shù)晶粒內(nèi)的孿晶為T1孿晶。基于拉伸孿晶啟動應(yīng)滿足的載荷條件，對于具有基面織構(gòu)的鎂合金棒材，當(dāng)沿棒材的軸向進(jìn)行壓縮變形時，T1孿晶易啟動[26-27]。上述孿晶取向特征分析結(jié)果表明，對于無軸向約束的鎂合金棒材的循環(huán)扭轉(zhuǎn)變形，孿晶啟動的取向特征與棒材的軸向壓縮相近。

圖10 孿晶引起晶粒取向變化的示意圖Fig.10 Schematic diagram of grain orientation variation caused by twinning

鎂合金棒材單向扭轉(zhuǎn)過程的孿晶啟動機(jī)制分析表明[28]，當(dāng)扭轉(zhuǎn)變形的試樣表面切應(yīng)變大于5%時，在靠近試樣表面的邊緣處有拉伸孿晶啟動，拉伸孿晶啟動使晶粒的C軸由垂直于ED轉(zhuǎn)變?yōu)榕cED成約60°的夾角。圖9中的孿晶取向特征表明，孿晶的C軸主要位于與ED成45°夾角的范圍內(nèi)。上述拉伸孿晶的啟動是由垂直于晶粒的C軸的壓應(yīng)力引起的，如圖11所示，在棒材的扭轉(zhuǎn)變形過程中，在扭矩M作用下的試樣的表面受到與ED和徑向成45°角的主壓應(yīng)力作用[28]，該壓應(yīng)力沿ED方向產(chǎn)生壓縮，也就是產(chǎn)生垂直于晶粒的C軸的壓應(yīng)力，從而滿足拉伸孿晶的啟動條件，拉伸孿晶啟動后使晶粒的C軸向ED偏轉(zhuǎn)。

圖11 棒材扭轉(zhuǎn)過程受力示意圖Fig.11 Schematic diagram of loading on the twisted rod

雖然圖7和圖8顯示在晶粒內(nèi)啟動了較多孿晶，但圖6中的扭轉(zhuǎn)變形后的織構(gòu)特征表明，與原始棒材的織構(gòu)特征相同，試樣在扭轉(zhuǎn)變形后仍保持為基面平行于軸向的基面織構(gòu)，這是因為孿晶帶的體積還是遠(yuǎn)小于晶?；w的體積。雖然孿晶啟動沒有對試樣的織構(gòu)特征產(chǎn)生明顯影響，但變形后期的滯回線硬化特征已經(jīng)表明，孿晶啟動對宏觀力學(xué)性能曲線產(chǎn)生了明顯的影響。

2.4 扭轉(zhuǎn)后的壓縮變形

圖12為鎂合金棒材在扭轉(zhuǎn)前后沿軸向壓縮時的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，圖中曲線都為典型拉伸孿晶啟動的S型曲線，鎂合金棒材扭轉(zhuǎn)變形前后的織構(gòu)特征表明，當(dāng)棒材沿軸向壓縮變形時，應(yīng)力方向與晶粒的C軸垂直，符合拉伸孿晶啟動條件，從而引起CRSS值較低的拉伸孿晶在變形初期大量啟動，使應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈現(xiàn)低屈服點，在變形后期則為CRSS值較高的柱面或錐面滑移系啟動，曲線則呈現(xiàn)快速硬化特征。

圖12 鎂合金棒材扭轉(zhuǎn)前后壓縮變形的應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.12 Stress-strain curves of magnesium alloy rods before and after twisting

圖12中顯示未扭轉(zhuǎn)的鎂合金棒材的應(yīng)力-應(yīng)變曲線對應(yīng)的屈服強(qiáng)度最低，約為100MPa，扭轉(zhuǎn)變形后對應(yīng)的屈服強(qiáng)度都有所提高，最大提高至約200MPa，這是因為扭轉(zhuǎn)變形提高了鎂合金棒材晶粒中的位錯密度，增加了孿晶啟動過程中不完全位錯運(yùn)動的阻力，從而導(dǎo)致宏觀屈服強(qiáng)度增加。圖12中的扭轉(zhuǎn)周期分別為20周和1周，最大扭轉(zhuǎn)角都為±90°的應(yīng)力-應(yīng)變曲線對比表明，在相同的最大扭轉(zhuǎn)角條件下，循環(huán)扭轉(zhuǎn)次數(shù)的增加將提高鎂合金棒材的強(qiáng)度值。圖8(a)，(b)中的小角度晶界分布情況對比表明，20周試樣內(nèi)的小角度晶界的數(shù)量要遠(yuǎn)高于1周試樣，由于小角度晶界的分布可以表示位錯密度分布情況[28]，則意味著在最大扭轉(zhuǎn)角都為90°條件下，扭轉(zhuǎn)20周所產(chǎn)生的位錯密度要遠(yuǎn)高于扭轉(zhuǎn)1周，從而使前者在扭轉(zhuǎn)后的壓縮屈服強(qiáng)度遠(yuǎn)高于后者。

圖12中的曲線對比也表明，在循環(huán)扭轉(zhuǎn)周期數(shù)都為20的條件下，最大扭轉(zhuǎn)角為±90°的曲線的強(qiáng)度值明顯高于最大扭轉(zhuǎn)角為±60°的曲線，表明扭轉(zhuǎn)角的增大將增加棒材壓縮變形的強(qiáng)度值。鎂合金棒材的單向扭轉(zhuǎn)的相關(guān)研究表明[13]，扭轉(zhuǎn)變形后的壓縮屈服強(qiáng)度隨扭轉(zhuǎn)角的增大而增大。公式(2)表明，扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的切應(yīng)變量與扭轉(zhuǎn)角成正比，扭轉(zhuǎn)角的增大使應(yīng)變量增大，從而增加了位錯密度。圖8(b)，(c)中的小角度晶界分布情況對比表明，在扭轉(zhuǎn)周期數(shù)都為20的條件下，最大扭轉(zhuǎn)角為±90°試樣內(nèi)的位錯密度要遠(yuǎn)高于±60°試樣，從而導(dǎo)致前者的扭轉(zhuǎn)后壓縮屈服強(qiáng)度明顯高于后者。

3 結(jié)論

(1)鎂合金擠壓棒材在循環(huán)扭轉(zhuǎn)變形過程中的應(yīng)力-應(yīng)變滯回線呈現(xiàn)對稱性特征，在最大扭轉(zhuǎn)角分別為±90°和±60°的條件下，加工硬化導(dǎo)致滯回線的應(yīng)力峰值在變形前期增大，裂紋的產(chǎn)生及擴(kuò)展則導(dǎo)致峰值應(yīng)力在變形后期減小。

(3)循環(huán)扭轉(zhuǎn)變形提高了鎂合金棒材壓縮變形的屈服強(qiáng)度，壓縮變形的強(qiáng)度隨著扭轉(zhuǎn)次數(shù)和最大扭轉(zhuǎn)角的增加而提高。