栖霞新型超塑性镁合金新型超塑性镁合厂家

来源：上海隆司新材料科技有限公司 时间：2024-11-03 09:35:11 [举报]

近些年，镁合金作为轻的结构金属材料，在航空航天、汽车、电子通讯等领域具有显著的轻量化潜力，应用前景十分广阔，受到广泛关注。然而，镁合金为密排六方结构，可开启的滑移系有限，导致室温塑性低、成形性差。近年来，大量研究工作基于合金化和加工方法，通过细化晶粒、弱化基面织构、促进非基面滑移开启、减轻或消除各向异性等策略，显著提升了镁合金的塑性。大量研究结果表明合理的选择合金化元素可调控第二相的种类和含量，采用合适的热机械加工可有效调控第二相的尺寸和分布，为高强塑性镁合金的可控制备奠定了基础。

Ca可起到与稀土元素相近的作用，降低c/a比值、弱化织构、细化晶粒、促进非基面滑移开启。通过高速挤压（24 m/min），Mg-1Al-0.3Ca-0.5Mn合金不仅可保持较高的屈服强度（~287 MPa），还具有~20%的高延伸率。基于基面-柱面位错交滑移不但可以加速峰时效，还可以显著提升塑性。Mn的加入可降低柱面滑移CRSS，对塑性提升产生有利作用，Mg-1Mn合金具有~39%的高延伸率。Li的加入同样可提升镁合金塑性，促使基轴由基面取向旋转至横向（TD）。随Li含量由5%升高至11%，Mg–xLi–3Al–1Sn–0.4Mn合金延伸率由~16%提升至~35%，归因于晶格类型由密排六方转变为体心立方且基面织构有所弱化。综上所述，多元合金化设计将为新型高塑性镁合金的发展开辟新道路。

近些年，超细晶材料由于强度受到广泛关注。然而，较差的塑性阻碍了其应用和发展。近期，研究发现混晶组织的引入可实现的强塑性结合。合金成分和含量显著影响混晶组织形成及演化过程。混晶组织的形成主要是由于不完全动态再结晶所致。对于高合金含量镁合金（如AZ91），易形成大量的第二相，这些第二相将对再结晶行为产生双重影响，即促进或阻碍再结晶。大尺寸第二相颗粒将通过颗粒诱导再结晶（PSN）机制促进再结晶；同时，沿晶界分布的亚微米级第二相产生钉扎作用，抑制再结晶行为，从而形成混晶组织。

通常，合金化可起到强化基面滑移、激活非基面滑移、加速交滑移、弱化基面织构及细化晶粒等作用，从而减少基面与非基面滑移间CRSS 差值，提升镁合金塑性。然而，对于大多数镁合金而言，仍难以实现强度和塑性的同步提升。为了获得高强塑性镁合金，一方面可通过巧妙的合金成分设计结合加工工艺，充分发挥溶质原子合金化作用。例如，提升凝固冷却速度或采用压力成形促进过饱和固溶体形成，过饱和溶质原子不仅可产生额外的固溶强化作用以提高强度，还可以强化软变形模式（基面滑移或孪生）、促进非基面滑移开启以提高塑性。此外，采用新型加工工艺，通过巧妙设计并调控镁合金微观组织，亦可实现强塑性同时提升。近期研究发现引入异构/混晶、梯度/层状异质结构、形成高密度纳米析出相/团簇和纳米孪晶是实现金属结构材料（包含镁及其合金）强塑性同步提升行之有效的策略。总之，充分发挥元素合金化作用并引入异构组织，有望为发展高强塑镁合金及其应用开辟新道路。

现在人们也认识到，ECAP加工在AZ31合金中产生了的超塑性性能，分析表明晶界滑动可能是控制速率的机制。

实际上，AZ31合金是一种单相镁合金，预计在高温超塑性变形过程中，第二相的缺失将导致动态晶粒长大。近的一项分析证明了在镁合金中保持非常小的晶粒尺寸对于超塑性流动的重要性。

对于大多数镁合金来说，仍然难以实现高强度-塑性协同作用。为了克服权衡困境，一种方法是通过精心设计合金和定制加工路线来提高溶质原子的有效性，例如通过增加冷却速度和/或压力形成过饱和固溶体。过饱和固溶体中过多的溶质原子不仅可以产生额外的固溶强化以提高强度，而且还可以协同强化软模和/或促进非基底滑移的激活以提高延展性。而且，通过使用改进的和/或新颖的工艺路线来设计和控制所产生的微结构是至关重要的。实际上，近的各种研究进展表明，引入多峰/双峰、梯度/层状异质结构、在超细晶结构中形成致密的纳米级析出物/团簇和纳米孪晶对于实现强度-延展性协同作用是有效的。在包括镁及其合金在内的金属材料中。

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