[科普中國(guó)]-變形鎂合金

鎂合金具有比強(qiáng)度和比剛度高、導(dǎo)熱導(dǎo)電性好、阻尼減震、電磁屏蔽、易于加工成形和容易回收等優(yōu)點(diǎn)，在汽車、電子通信、航空航天和國(guó)防軍事等領(lǐng)域具有極其重要的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景，被譽(yù)為“21世紀(jì)綠色工程材料”。

變形鎂合金是相比于鑄造鎂合金具有更大的發(fā)展?jié)摿?，通過(guò)材料結(jié)構(gòu)的控制、熱處理工藝的應(yīng)用，變形鎂合金可獲得更高的強(qiáng)度、更好的延展性和更多樣化的力學(xué)性能，從而滿足多樣化工程結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用需求。變形鎂合金往往需要加熱到一定溫度并通過(guò)擠壓、軋制及鍛造等熱成形技術(shù)加工而成。

基本特點(diǎn)鎂合金具有比強(qiáng)度和比剛度高、導(dǎo)熱導(dǎo)電性好、阻尼減震、電磁屏蔽、易于加工成形和容易回收等優(yōu)點(diǎn)，在汽車、電子通信、航空航天和國(guó)防軍事等領(lǐng)域具有極其重要的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景，被譽(yù)為“21世紀(jì)綠色工程材料”。與鑄造鎂合金相比，變形鎂合金具有更大的發(fā)展?jié)摿?，通過(guò)材料結(jié)構(gòu)的控制、熱處理工藝的應(yīng)用，變形鎂合金可獲得更高的強(qiáng)度、更好的延展性和更多樣化的力學(xué)性能，從而滿足多樣工程結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用需求。同時(shí)，由于鎂合金具有密排六方晶體結(jié)構(gòu)，室溫下獨(dú)立的滑移系少，導(dǎo)致變形加工困難。因此，變形鎂合金往往需要加熱到一定溫度并通過(guò)擠壓、軋制及鍛造等熱成形技術(shù)加工而成。

變形鎂合金的成形工藝擠壓：采用擠壓方法可生產(chǎn)鎂合金管材、棒材、型材和帶材。對(duì)于低塑性材料的成形加工，擠壓是較理想的加工方法，大部分變形鎂合金如AZ31B、AZ61、ZMZI、ZK60、HK31合金等都可用擠壓法生產(chǎn)。鎂合金對(duì)變形速度極為敏感，因而變形速度不能太大，鎂合金擠壓溫度及速度根據(jù)合金類型不同而有些差異，一般可在200-450 ℃范圍及0.5-30m/min速度下進(jìn)行。擠壓鎂合金時(shí), 常采用潤(rùn)滑劑以降低坯料與擠壓筒及凹模之間的摩擦力。防止粘模；同時(shí)，潤(rùn)滑劑還可以起到隔熱作用, 從而提高模具壽命。潤(rùn)滑劑一般采用石墨與機(jī)油或動(dòng)物油的混合物。擠壓溫度、擠壓比、潤(rùn)滑等工藝因素對(duì)鎂合金的擠壓過(guò)程及組織性能具有重要影響。擠壓時(shí)，擠壓溫度越低、擠壓比越大，則擠壓力越大。不過(guò)，由于鎂合金變形抗力低，與鋁合金加工相比，模具壽命提高了1 倍。由于動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的影響，采用較低的擠壓溫度及較大的擠壓比，可獲得較細(xì)的晶粒組織及較好的力學(xué)性能。鎂合金板材的制備需要許多工序的軋制，若采用擠壓加工，通過(guò)一道工序就可以制造所需要的板狀材料, 從成本上來(lái)說(shuō)，是十分有利的。鎂合金板材擠壓產(chǎn)品具有較小的晶粒組織及較好的力學(xué)性能。

軋制：鎂合金板材一般通過(guò)軋制工藝生產(chǎn)，由于室溫下塑性很低，軋制加工比較困難, 因而通常采用熱軋和溫軋。為避免軋制過(guò)程中的開裂，鎂合金板材的合金含量一般不高，適于軋制的鎂合金牌號(hào)有Mg一Mn系的MBI、MBS合金,Mg-AI-Zn系的AZ3IB合金，Mg-Li系的LA141合金等,可以生產(chǎn)厚板、中板和薄板。鎂合金軋制方式一般為單向軋制。

鍛造：鎂合金一般在200-400 ℃ 進(jìn)行。常溫下鍛造很易脆裂，超過(guò)40 ℃ 高溫時(shí)則由于氧化及晶粒粗大而會(huì)產(chǎn)生不利影響。由于鎂合金鍛造溫度范圍較窄,，鎂合金導(dǎo)熱系數(shù)較大( 約80 W/m·K ) ，約為鋼的2 倍，鍛造時(shí)接觸模具后降溫很快，塑性降低，變形抗力增加，充填性能下降，故鎂合金較難鍛造；坯料與模具的接觸面積較大, 變形時(shí)間較長(zhǎng)， 故與冷模接觸時(shí)，極易產(chǎn)生裂紋， 因此往往需要對(duì)模具進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度稍低于坯料加熱溫度, 范圍在20 ~ 30 ℃ 。等溫鍛造是鎂合金的重要加工方法，目前鎂合金重要航空航天零件主要采用等溫鍛造技術(shù)。鎂合金鍛造技術(shù)因防護(hù)困難、難度較大而研究很少，精鍛工藝研究更少。 因此發(fā)展較慢， 限制了變形鎂合金的大量應(yīng)用。

沖壓成形：合金化方式、退火(消除變形織構(gòu)）等對(duì)鎂合金的拉深性能具有重要影響。在一定條件下，AZ31B、A6Z1B 和MI合金板材都可具有較好的沖壓成形能力，但AZ3lB 板材比AZ61B、Ml合金板材好些。

超塑成形：鎂合金塑性較低, 用常規(guī)變形方法加工較難。通過(guò)擠壓、軋制、等通道轉(zhuǎn)角擠壓、快速凝固及粉末冶金方法等技術(shù)制備的細(xì)晶鎂合金在一定條件下具有很好的超塑性。此外，有研究表明, 大晶粒的擠壓態(tài)AZ31鎂合金也可以表現(xiàn)出良好的超塑性。利用超塑性可以一次成形復(fù)雜的零件，在簡(jiǎn)化成形工藝的同時(shí)，生產(chǎn)出力學(xué)性能好、尺寸精度高、表面光潔的產(chǎn)品。鎂合金的超塑成型工藝可應(yīng)用于鎂合金的壓力加工、等溫鍛造、超塑性氣脹成型、擴(kuò)散連接等技術(shù)中。鎂合金超塑成形時(shí), 變形抗力很小, 這對(duì)于成形加工是有利的, 可以用很小的力一次成形復(fù)雜的零件； 但應(yīng)變速率一般均較低。1

變形鎂合金織構(gòu)形成機(jī)理鎂單晶的滑移系有(0001)、(1010)、(1011)的a滑移，以及