摘要：使用Arrhenius模型和反向传播人工神经网络（BP-ANN）方法研究了AZ91镁合金的热变形行为。AZ91合金的热压缩试验在MMS-模拟器上进行，变形温度和应变率分别在-K和0.s-1-1s-1范围内。结果表明，BP-ANN模型比Arrhenius模型具有更高的精度，相关系数高达0.。加工图分为三部分：可加工区（A）、不稳定区Ⅰ（INSⅠ）（B）和不稳定区Ⅱ（INSⅡ）（C）。随着温度的升高或应变率的降低，B区和C区的失稳模式逐渐由裂纹向孔洞转变。具有峰值功率耗散效率的稳定热变形条件分别集中在K、0.01s-1、K、0.01s-1、K、0.-1s-1范围内。随着温度的升高，变形机制从孪晶转变为动态再结晶（DRX），即不连续动态再结晶（DDRX）。由于DRX，0//CD纹理强度随着温度的升高而增加，然后降低。
背景：Mg-Al-Zn系镁合金，成本低，比强度高。是目前最丰富、应用最广泛的镁合金系列。其中，AZ91合金（Al含量≈9wt.%，Zn含量1wt.%）的密度仅为1.82g/cm3，相当于铝合金的2/3和铸铁的1/4。AZ91镁合金具有优异的比强度、阻尼性能、电磁屏蔽能力和生物相容性等多种物理性能，这使得AZ91镁合金有利于电子产品、交通运输、医疗器械等行业。然而，密排六方（HCP）晶格中缺乏独立的滑移系统导致室温下塑性变形的困难。为了提高AZ91镁合金的切削加工性能，热变形技术被广泛使用。但在热变形过程中会产生较强的{0}基面织构和较大的β-Mg17Al12，导致材料各向异性较强，不利于后续变形。因此，阐明镁合金在变形过程中的热力学性能和微观结构的变化非常重要。
考虑到变形机制与变形条件（温度、应变速率和变形程度）之间的密切关系，了解镁合金的热变形行为对于优化其热加工性和成形工艺非常重要。通常，本构关系用于描述变形过程中的塑性流动行为，例如轧制和锻造过程。变形活化能（Q）直接反映了加工性。此外，动态再结晶（DRX）动力学模型和加工图也是了解热变形行为的好方法。
许多研究人员遵循本构方程和Zener-Hollomon参数等传统方法来了解热变形行为和加工图，以确定热变形所需的加工参数。Wang等人。采用Arrhenius模型对SiC纳米颗粒增强AZ91合金的热变形行为进行了研究，并描述了峰值应力、应变速率和温度之间的关系。Mirzadeh建立了不同Al含量镁合金的本构方程，并计算了镁的活化能。Raghunath通过引入Zener-Hollomon参数来反映温度、应变和应变率的影响，描述了AZ91合金的流动应力演变。Mei使用分段函数开发了AZ91镁合金的应力-应变曲线。与直接引入本构方程的方法相比，该方法可以有效地拟合大范围的数据，其R值达到96.4%。这些研究主要集中在AZ91合金的峰值应力、变形活化能和本构方程的描述上。因此，有必要使用有限的实验数据研究变形行为并在广泛的加工范围内开发更准确的模型。
为了获得更准确的结果，引入了人工神经网络（ANN）模型，并与传统的根数据进行了比较。ANN在计算方面具有优势和进步。它可以通过学习数据在输入变量和输出变量之间建立合适的模型。Kumar使用人工神经网络考虑绝热温升引起的流动应力（基于非线性函数），并将其与9Cr-1Mo钢的常规（线性插值）方法处理图进行比较，并更准确地预测结果得到。本研究系统研究了HCP结构AZ91合金的热变形行为，建立了优化的本构方程、BP-ANN模型和热加工图。热压缩试验在-K的宽温度范围和0.-1s-1的应变速率范围内进行。更重要的是，进一步研究了热变形过程中的微观结构和织构演变。
实验方法：具有以下化学成分（wt.%）的商业铸态镁合金AZ91：8.79Al、0.78Zn、0.23mn、0.02Si、0.Fe、0.Cu、0.Ni、Mg（余量）用于研究。固溶热处理在K下进行20小时，然后进行水淬。压缩试样呈圆柱形，高度为15mm，直径为8mm。热压缩已在MMS-仪器上按照图1所示的示意性加工参数路线在不同的温度和应变速率下进行了测试。热变形后，立即取出样品并进行水淬以保持变形的微观结构。
结论：（1）AZ91镁合金的流变应力在初始阶段大幅度增加，真应力-应变曲线在峰值应变处出现一个峰值，之后该值显着下降到动态软化的终点。应变补偿阿累尼乌斯方程模型和BP-ANN模型都被提出来使用应力-应变曲线的唯象表示来描述本构方程，BP-ANN模型更准确。此外，AZ91合金的计算平均Q值为.4KJ/mol。
（2）根据AZ91合金的热加工图，功率耗散不稳定区的峰值效率分别集中在-K、0.01s-1和K、0.01-1s-1的区域，并且随着应变的增加功能转化效率略有下降。随着温度的升高或应变速率的降低，B区和C区的失稳模式逐渐由裂纹向孔洞转变。
（3）AZ31变形试件在温度K、应变速率0.01s-1时的变形机制主要为孪晶和滑移，再结晶程度较小。K及以上温度的样品主要是再结晶，尤其是DDRX。
（4）合金的变形组织和再结晶组织均具有0//CD织构。随着温度的升高，HAGBs的增加导致平均取向角的增加。
该论文发表于《JournalofAlloysandCompounds》期刊，通讯作者为东北大学李建平。
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