研究了不同冷热循环处理工艺对AZ31 材料的组织和力学性能的影响。研究发现，与单纯热处理相比，先在液氮中进行1 h 深冷处理，再进行573 K × 1 h 热处理后的AZ31 材料的硬度提高了12.78%，抗拉强度提高了8.77%，而先经过573 K × 1h 热处理，再经过1 h 深冷处理作用处理后，材料的伸长率可提高22.97%。

与其他材料相比，镁合金具有密度小、比强度高等优点，因此，在汽车、航空航天、通讯电子业等领域的应用日益广泛。但是，镁合金具有密排六方晶体结构，滑移系少，塑性变形能力低，这些性质使得镁合金的室温加工性受到严重影响。但是当温度升高到一定范围时，镁合金的变形能力将大幅提高，因此，通过合适的热处理和合适的加工工艺可以改善AZ31 的组织性能，但这些技术方法处理的效果并不是很理想。减小晶粒尺寸是改善材料成型性能和提高综合力学性能的有效途径，获得微细的晶粒的常用方法有快速凝固、轧制和等径角挤压等方法，但这些方法技术复杂，质量不稳定，且要求的成本较高。本文研究了冷热循环处理对AZ31 镁合金的组织和力学性能影响。

深冷处理是对传统热处理的一种补充，在改善材料的性能方面具有独特效果。低温下，原子的扩散运动大幅度减少，甚至停止，但是却能促进金相组织的转变，改变材料的力学性能。比如，深冷处理能够促进奥氏体向马氏体的转变和细小碳化物的析出，提高材料的硬度和耐磨性能。然而并不是深冷对所有材料的力学性能的改变都是一致的，有时甚至是相反的，比如对AISI1040 进行深冷处理后，材料表面抛光处理性能得到了提高，但是它的耐磨性能和剪切力等力学性能都在一定程度上下降了，深冷处理能够改善材料的焊接性能，有文献表明，5A06 铝合金的深冷处理后，能够使β 相分散，细化晶粒，使焊接部位的力学性能得到大幅度提高，提高了焊接的稳定性。材料的微量元素直接影响到材料的深冷处理效果，比如Cu-14Fe 和Cu-8Cr 经过深冷处理后材料的抗拉强度可以分别提高106 和56MPa，同时导电率也得到了大幅度提高，但热处理网(http://rechuli.chvacuum.com/)认为对Cu-14Fe-0.1Ag 和Cu-8Cr-0.1Ag 合金的抗拉强度和导电率却几乎没有影响。

深冷处理能够大幅度减少材料中的残余应力，改变细小碳化物在马氏体中的分布，促进其析出，特别是当深冷处理能够促进马氏体转变的时候。影响深冷处理效果的主要因素有温度、深冷保持时间和深冷冷却速度。通过降低冷却温度，改善冷却效果，增加冷却速度，延长深冷处理的时间，能够促进马氏体的形核和转变，降低残余奥氏体数量，增加析出碳化物的含量，能够提高材料的耐磨性能。但并不是所有的材料都可以通过深冷处理来提高性力学性能，因为有的细小碳化物的析出不受深冷处理的影响，但是通过循环处理却能够获得良好的具有大量碳化物析出物的组织。

1、实验材料及方法

本实验用的材料为工业用的厚2mm 的AZ31板材，直接从市场上购买。先将板材通过线切割制备成标准的板状拉伸试样，然后将其分成A、B、C和A0 四组，A 和B 组分别分为A1、A2、A3 和B1、B2、B3、，每小组3 个试样，A0 和C 组分别为3 个试样，进行如下两组试验。将A 组试样先放入热处理炉中进行573K×1 h 的均匀化退火处理，待试样炉冷到室温时放入液氮之中进行低温处理，A1、A2、A3 的深冷处理时间分别为1、2、3 h，然后取出放在空气中自然冷却；将B1、B2、B3 试样先进行深冷处理1、2、3 h，然后取出，放在空气中自然冷却后再放入热处理炉中，在573K 保温1 h 然后取出，自然冷却；A0 组只进行573K 保温1 h 的热处理；C 组材料不做任何处理。将处理后试样用砂纸打磨，用自主设计制造的万向抛光机，对材料的表面进行抛光处理，以减小试验误差。再对处理后材料进行硬度和拉伸性能进行测试，拉伸断口通过SEM 进行表征和分析。

2、结果与讨论

表1 为经过不同时间深冷处理后的硬度测试数据。表格中每个数据为3 个试样硬度的平均值，每个试样的硬度测定过程中取5 个点进行硬度测试，然后对5 个数据去掉最大值和最小值后求取平均值最为该试样的硬度。可以看出，材料经热处理后，硬度得到一定程度的提高，这主要是由于材料经高温热处理后形成了大量的等轴晶而引起的。当材料热处理后再进行深冷处理时，深冷处理对等轴晶材料的硬度的变化影响不大。但当材料先进行热处理再进行深冷时，硬度却得到了大幅提高，高达12.78%，这主要是由于前期的深冷处理在材料内部形成了大量的应力应变和细小颗粒，为后续的高温热处理提供了大量形核点，同时后续的高温热处理消除了深冷处理造成的应力应变和晶界厚度。

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