来源:上海隆司新材料科技有限公司 时间:2024-12-19 10:05:57 [举报]
我们采用两步MDF工艺和人工时效,开发了尺寸为100 × 100 × 140 mm3的大型AZ80合金样品。设计的工艺与报道的MDF和老化工艺不同。T5处理后的试样具有均匀的力学性能,极限抗拉强度为430 MPa(工程应力),断裂延伸率为11.4%,达到了变形Mg-RE合金的水平。MDF在高温下提高了样品的可塑性,从而在180℃具有良好的可伪造性。MDF工艺引入的高密度缺陷包括晶界、位错和层错(SFs),这些缺陷加速了后续的老化响应。这种良好的强度-塑性协同作用是由细晶粒和粗晶粒组成的整体双峰组织、纳米级β-Mg17Al12析出相以及高密度的位错和层错同时作用的结果。由于镁合金的力学性能不依赖于添加特定元素而产生的强化机制,所设计的工艺可以使镁合金的整体性能受益。本工作为开发用于承重部件的大尺寸镁合金坯料提供了一条有效途径。
镁合金应该是工程应用中轻的结构金属材料,但目前它们在重要领域的实际利用并不令人满意。镁合金在室温下强度低,塑性差,直接限制了其大规模工业利用。实现商用镁合金的强度-延展性协同作用对于制造镁合金承重部件具有重要意义。近年来,可以使用严重的塑性变形(SPD)工艺来获得超细或细晶粒结构,从而提高金属的强度。Koch提到通过高压扭转(HPT)工艺和等通道角压(ECAP)工艺生产的超细晶粒尺寸金属实现了高强度。研究显示,在Mg-Gd-Y-Nd-Zr合金经过6次多向锻造(MDF)后,平均晶粒尺寸从200 μm减小到5.1 μm,屈服强度(YS)、极限抗拉强度(UTS)和失效伸长率(EF)显著增强。在SPD方法中,MDF工艺可以开发大尺寸钢坯,同时具有成本低,操作简单的优点。
在镁铸件的生产中,AZ91由于其强度高、延伸率适中,常用于结构件和盖板。对于那些提供耐撞性的挤压区部件,AM50和AM60更为常见,因为它们的伸长率为10-15%,这是能量吸收的关键属性。所有这些合金都很容易获得。它们以原生镁的形式生产(主要通过低成本的Pidgeon工艺)或通过回收供应。
镁的弹性模量(刚度)均为45 吉帕(GPa)。相比之下,铝为69 GPa,钢为190-210GPa。许多部件的刚度有限,这是镁需要克服的一个重大障碍。低刚度材料需要更大的横截面才能达到相同的性能。这通常会导致成本增加和部件尺寸变大,从而使部件难以安装在车辆内的允许空间(称为封装空间)中。组件成功案例是刚度来自组件固有几何形状的设计,例如车轮或汽车中控台下方的U 形内部结构。
锻造镁合金轮毂市场拓展进展很大,改装市场已经初具规模,车市场也已经实现选配。在汽车上应用的中大型镁合金零部件有仪表盘支架、座椅支架、中控支架、显示屏支架等,目前中大型镁合金零部件在汽车领域的覆盖率还较低,随着越来越多有设计能力的公司介入,产品价格降到合理价位,在汽车领域的渗透率将大幅提升。
镁合金的密度较低,约为铝合金的2/3,钢铁的1/4,因此它是一种非常轻量化的材料,适用于那些对重量要求较高的应用。
它在轻量化的同时具有较高的强度,使得它在许多工程领域可以代替传统材料,提高结构的强度与稳定性。
它具有的导热性和导电性,适用于一些需要散热或导电性能的应用,电子设备或汽车零部件。
它具有较高的比强度,即单位质量下的强度较大,使其成为航空航天、汽车工业等领域轻量化设计的理想选择。
它不仅具有高强度,而且其刚度也较好,这使得它在一些对结构刚度要求较高的应用中表现出色。
它具有较高的强韧性,即在承受一定载荷的情况下不易发生断裂或变形,这使得它在高应力场合下表现出色。
由于镁合金的低密度特性,使用它可以大幅降低结构重量,进而减少能源消耗、提高运载能力,具有显著的节能环保效果。镁合金的加工性能良好,易于进行切削、钻孔和车削等加工操作,有利于制造复杂形状的零部件。
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