1999年，日本国立大阪大学的Y。 Saito教授[2]等首先采用ARB工艺分别制备了8道次的1100Al、7道次5030Al和5道次的IF钢，并且这些制品的平均晶粒尺寸均小于1um。2001年，韩国学者K。 T。 Park[9]等对6061Al进行了五道次的轧制，成功使其晶粒尺寸由40um惊人的降低了100倍为0。4um。室温条件下，H。 W。 Kim[10]等对8011Al进行了15道次的轧制，使8011Al的晶粒尺寸由21。7um降到了0。3um。

（a） （b）

图1。4  累积叠轧后晶界间距、晶粒长径比和取向差随应变量的变化，(a) 晶界间距随累积应变量的变化, (b) ARB后纯铝的取向差与传统轧制的比较[8]

晶粒细化是改善材料力学性能的一种方法，这里的力学性能主要是指强度和硬度。图1。5向我们展示了随道次的增加，材料抗拉强度和延伸率的变化[11]。随着道次的增加，抗拉强度提高到母材的3倍多；延伸率最明显的变化是在首道次后有显著是下降。

图1。5  ARB材料力学性能随道次的变化[11]

可见，传统的晶粒细化与加工硬化机制难以解释材料累积叠轧后的强化机制必然存在着能与加工硬化及细晶强化这两种机制产生协同作用的强化机制，影响材料力学性能。由于ARB工艺的操作特点，材料表面经钢丝刷打磨，虽然净化了接触表面，但也同时产生了一定数量的硬化层薄膜，另一方面，叠轧的实质是将材料剪成尺寸相同的两块并叠在一起，这过程中引入许多新的界面，界面本身及界面上的杂质和打磨引入的硬化层能钉扎晶界，阻碍晶粒的移动和长大，从而起到了细化晶粒，提高强度的效果。此外，由于本实验的轧制是在无润滑的条件下进行的，轧制过程中接触界面的摩擦以及材料表面与轧辊的摩擦都提供了额外的剪切应力，从而使晶粒细化加剧，强度升高。

1。2。4  累积叠轧技术的研究现状

1。3  本课题的研究内容

ARB技术目前是剧烈塑性变形工艺中唯一有可能实现工厂生产的，但仍然存在许多不足。界面及其上的杂质和硬化层固然可以在一定程度上起到钉扎晶界、细化晶粒的效果，另一方面，却会影响轧制效果，即使界面成功结合，但有可能引起应力集中，成为裂纹源，使材料表现出极大的脆性和较差的抗拉强度，失去其应用意义。因此，ARB工艺还需一代又一代科研工作者不断完善。

考虑到Mg、Al具有的密度小，塑性好，强度高，耐蚀性好等优点，本课题才由AZ31Mg和1060铝作为原料，以Al/Mg/Al的形式进行累积叠轧，并对ARB工艺制备的Al/Mg/Al叠层材料进行不同工艺参数的退火处理。本文的研究内容主要包括以下几个方面：文献综述

1)制备Al/Mg/Al叠层材料。用ARB工艺对1060Al和AZ31Mg进行叠轧，制备不同道次的Al/Mg/Al叠层材料样品；

2)细化机理的研究。用光学显微镜对不同道次及退火参数后的样品中Mg金相进行观察；

3)强化机理的研究。对不同道次样品显微韦氏硬度和拉伸试验结果进行分析，总结ARB工艺中材料的强化机理；

4)热处理工艺的研究。研究不同退火温度和保温时间对Al/Mg/Al叠层材料组织和性能的影响。

2  实验材料和实验方法

2。1  实验材料

本次实验以AZ31镁合金板材和1060纯铝为原料。为了便于实验，将AZ31切割成180mm*40mm*1mm的尺寸，而1060Al为180mm*40mm*1。5mm。两种板材的化学成分分别如表1和表2所示。