镁合金AZ31B剪切增强轧制(SER)参数优化及其晶粒细化机制研究

针对镁合金AZ31B晶粒不均匀性问题，研究人员通过剪切增强轧制(SER)技术创新性地引入横向载荷(TL)，结合MATLAB几何解析与ABAQUS\Explicit模拟，优化出SER-V垂直位移参数。该研究实现了单道次轧制下晶粒尺寸从5.408μm降至3.127μm，屈服强度显著提升，为轻量化材料加工提供了兼具成本效益与性能优势的解决方案。

　　

镁合金因其35%的轻量化优势及优异的比强度，在航空航天、生物医疗等领域展现出巨大潜力。然而传统轧制工艺存在晶粒尺寸不均匀（最低仅10μm）、多道次加工效率低等瓶颈，制约其工业化应用。针对这一挑战，研究人员创新提出剪切增强轧制技术(SER)，通过在两阶段常规轧制间施加横向载荷(TL)，诱导剪切应力改善晶粒分布。

研究团队采用解析几何与MATLAB建模，建立SER垂直位移(SER-V)的优化方程，揭示最大接触长度与轧制参数的定量关系。通过ABAQUS\Explicit模拟对比四种工况：常规轧制(10%压下率)、两种SER优化方案(SER-V=24/50mm)及最大压下率常规轧制。基于Johnson-Cook本构模型和Hall-Petch关系(σ_y=75.66+13.15d^-1/2)，量化分析晶粒尺寸分布。

理论框架
建立接触长度数学模型，证明SER工况下上下接触长度之和(L_u+L_l)是常规轧制的2倍。通过求解圆形轧辊与板材的切线方程，推导出SER-V与接触角θ的解析解，确定最优位移应满足L_u=Rθ_max。

计算验证
模拟结果显示：优化SER方案实现3.127μm平均晶粒尺寸，较常规轧制降低42%。晶粒非均匀度指标下降35%，而最大压下率常规轧制虽能获得相近性能，但轧制力因接触面积增大而显著升高，验证SER的能效优势。

结论与展望
该研究突破性地实现单道次轧制下的晶粒均匀化，为镁合金加工提供新范式。未来可探索多级SER工艺与速度梯度控制的协同效应。论文发表于《Results in Materials》，为轻量化材料加工技术发展提供重要理论支撑与实践指导。