[科普中国]-变形镁合金

镁合金具有比强度和比刚度高、导热导电性好、阻尼减震、电磁屏蔽、易于加工成形和容易回收等优点，在汽车、电子通信、航空航天和国防军事等领域具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景，被誉为“21世纪绿色工程材料”。

变形镁合金是相比于铸造镁合金具有更大的发展潜力，通过材料结构的控制、热处理工艺的应用，变形镁合金可获得更高的强度、更好的延展性和更多样化的力学性能，从而满足多样化工程结构件的应用需求。变形镁合金往往需要加热到一定温度并通过挤压、轧制及锻造等热成形技术加工而成。

基本特点镁合金具有比强度和比刚度高、导热导电性好、阻尼减震、电磁屏蔽、易于加工成形和容易回收等优点，在汽车、电子通信、航空航天和国防军事等领域具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景，被誉为“21世纪绿色工程材料”。与铸造镁合金相比，变形镁合金具有更大的发展潜力，通过材料结构的控制、热处理工艺的应用，变形镁合金可获得更高的强度、更好的延展性和更多样化的力学性能，从而满足多样工程结构件的应用需求。同时，由于镁合金具有密排六方晶体结构，室温下独立的滑移系少，导致变形加工困难。因此，变形镁合金往往需要加热到一定温度并通过挤压、轧制及锻造等热成形技术加工而成。

变形镁合金的成形工艺挤压：采用挤压方法可生产镁合金管材、棒材、型材和带材。对于低塑性材料的成形加工，挤压是较理想的加工方法，大部分变形镁合金如AZ31B、AZ61、ZMZI、ZK60、HK31合金等都可用挤压法生产。镁合金对变形速度极为敏感，因而变形速度不能太大，镁合金挤压温度及速度根据合金类型不同而有些差异，一般可在200-450 ℃范围及0.5-30m/min速度下进行。挤压镁合金时, 常采用润滑剂以降低坯料与挤压筒及凹模之间的摩擦力。防止粘模；同时，润滑剂还可以起到隔热作用, 从而提高模具寿命。润滑剂一般采用石墨与机油或动物油的混合物。挤压温度、挤压比、润滑等工艺因素对镁合金的挤压过程及组织性能具有重要影响。挤压时，挤压温度越低、挤压比越大，则挤压力越大。不过，由于镁合金变形抗力低，与铝合金加工相比，模具寿命提高了1 倍。由于动态再结晶的影响，采用较低的挤压温度及较大的挤压比，可获得较细的晶粒组织及较好的力学性能。镁合金板材的制备需要许多工序的轧制，若采用挤压加工，通过一道工序就可以制造所需要的板状材料, 从成本上来说，是十分有利的。镁合金板材挤压产品具有较小的晶粒组织及较好的力学性能。

轧制：镁合金板材一般通过轧制工艺生产，由于室温下塑性很低，轧制加工比较困难, 因而通常采用热轧和温轧。为避免轧制过程中的开裂，镁合金板材的合金含量一般不高，适于轧制的镁合金牌号有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,可以生产厚板、中板和薄板。镁合金轧制方式一般为单向轧制。

锻造：镁合金一般在200-400 ℃ 进行。常温下锻造很易脆裂，超过40 ℃ 高温时则由于氧化及晶粒粗大而会产生不利影响。由于镁合金锻造温度范围较窄,，镁合金导热系数较大( 约80 W/m·K ) ，约为钢的2 倍，锻造时接触模具后降温很快，塑性降低，变形抗力增加，充填性能下降，故镁合金较难锻造；坯料与模具的接触面积较大, 变形时间较长， 故与冷模接触时，极易产生裂纹， 因此往往需要对模具进行预热，预热温度稍低于坯料加热温度, 范围在20 ~ 30 ℃ 。等温锻造是镁合金的重要加工方法，目前镁合金重要航空航天零件主要采用等温锻造技术。镁合金锻造技术因防护困难、难度较大而研究很少，精锻工艺研究更少。 因此发展较慢， 限制了变形镁合金的大量应用。

冲压成形：合金化方式、退火(消除变形织构）等对镁合金的拉深性能具有重要影响。在一定条件下，AZ31B、A6Z1B 和MI合金板材都可具有较好的冲压成形能力，但AZ3lB 板材比AZ61B、Ml合金板材好些。

超塑成形：镁合金塑性较低, 用常规变形方法加工较难。通过挤压、轧制、等通道转角挤压、快速凝固及粉末冶金方法等技术制备的细晶镁合金在一定条件下具有很好的超塑性。此外，有研究表明, 大晶粒的挤压态AZ31镁合金也可以表现出良好的超塑性。利用超塑性可以一次成形复杂的零件，在简化成形工艺的同时，生产出力学性能好、尺寸精度高、表面光洁的产品。镁合金的超塑成型工艺可应用于镁合金的压力加工、等温锻造、超塑性气胀成型、扩散连接等技术中。镁合金超塑成形时, 变形抗力很小, 这对于成形加工是有利的, 可以用很小的力一次成形复杂的零件； 但应变速率一般均较低。1

变形镁合金织构形成机理镁单晶的滑移系有(0001)、(1010)、(1011)的a滑移，以及