鎂合金塑性為什么不如鋁？
2019-12-06 13:49 ?瀏覽：次
鎂及鎂合金的塑性成形與加工性能遠(yuǎn)不如鋁的，雖然它們也可以在一定的溫度進(jìn)行軋制、擠壓、拉拔、鍛造等壓力加工，但其道次加工率比鋁的低得多，鋁可以在室溫下進(jìn)行壓力加工，總加工率可達(dá)60%或更大一些，而鎂則不能大于20%，只能望洋興嘆。一般，鎂及鎂合金只能在熱狀態(tài)下加工，熱加工溫度宜≥250℃。這也是為什么變形鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域比鑄造鎂合金窄狹的原因之一，當(dāng)前在結(jié)構(gòu)制造中，變形鎂合金材料的用量還不到30%，壓鑄及鑄造產(chǎn)品的用量則占70%以上，不過前者占的比例有逐年緩緩上升的趨勢。
鎂及絕大多數(shù)鎂合金具有密排六方(hcp)晶體，對稱性低，室溫滑移系少。這就是它們塑性低的根本原因。溫度低于225℃時(shí)，多晶體鎂的塑性變形僅限于通過基面{0001｝與<1120>方向滑移和錐面{1012｝和<1011>方向?qū)\生來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)變形較大時(shí)，沿孿生區(qū)域或沿大晶?；鎨000｝產(chǎn)生局部穿晶斷裂，因而鎂合金僅能發(fā)生低于20%的冷變形，道次加工率最好不大于12%。
溫度>225℃時(shí)，原子振動(dòng)振幅增大，使得最密排面與次密排面的差別縮小，從而產(chǎn)生新的滑移面和滑移方向，塑性大大提高，有利于加工變形，同時(shí)由于發(fā)生回復(fù)及再生結(jié)晶，使材料軟化，因而具有相當(dāng)高的塑性，這就是鎂合金的壓力加工大都在高溫下進(jìn)行的原因。
提高鎂及鎂合金塑性的措施
鎂及鎂合金壓力加工塑性低與成形性能差的根本原因是因?yàn)樗鼈兊木w結(jié)構(gòu)為密排六方，而鋁的塑性為什么高，是因?yàn)樗哂忻嫘牧⒎骄w結(jié)構(gòu)，滑移系多，易變形，而鎂及鎂合金的滑移系少。所以提高鎂及鎂合金壓力加工塑性和成形性的主要措施：
改變晶體結(jié)構(gòu)
這是一種冶塑性變形能力低的治本措施，研究表明，向鎂中添加鋰、銦、銀等合金元素可以降低鎂合金晶體c/a值，例如加入8at(原子)%Li后由純鎂的1.623下降到1.618，晶格也由密排六方轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方，因而塑性大增。不過，Mg-Li合金沒有固溶強(qiáng)化效果，雖然其伸長率可由純鎂的約5%上升到約12%Li質(zhì)量合金的60%左右，但抗拉強(qiáng)度卻由純鎂的220N/mm2下降到105N/mm2，同時(shí)合金的抗蝕性很低。因此，在常規(guī)工業(yè)結(jié)構(gòu)中沒有商業(yè)應(yīng)用價(jià)值。但在航天器制造中得到了有限的應(yīng)用。
晶粒細(xì)化
金屬及合金的塑性及強(qiáng)度均隨著晶粒的細(xì)化而上升，與鋁合金相比，晶粒細(xì)化對鎂合金強(qiáng)度和塑性的改善效果更明顯，不僅能提高鎂合金的強(qiáng)度和塑性，而且可導(dǎo)致高應(yīng)變速率和低溫超塑性。
AZ91鎂合金和5083鎂合金屈服強(qiáng)度Rp0.2與晶粒尺寸d關(guān)系的對比研究表明;d≥2μm時(shí)，鎂Rp0.2比鋁的小，而當(dāng)d<2μm時(shí)，鎂的Rp0.2卻比鋁的大。通常認(rèn)為較細(xì)晶粒是鎂合金出現(xiàn)超塑性的前提條件。細(xì)晶有利于改善塑性和提高誘發(fā)超塑性的最佳應(yīng)變速率。產(chǎn)生超塑性時(shí)，細(xì)晶鎂合金的伸長率可大于300%。另外，細(xì)晶?？梢砸种茖\晶的形成，進(jìn)而改善合金的塑性。在晶粒尺寸為60μm時(shí)，純鎂的塑性-脆性較變溫度(DBTT，Ductile-Brittle Transition Temperature)約為248℃;當(dāng)晶粒尺寸為2μm時(shí)，其轉(zhuǎn)變溫度可降至室溫。研究表明，當(dāng)鎂合金晶粒細(xì)化到1μm以后，能夠激活新的變形機(jī)制，導(dǎo)致晶界滑移以及室溫下新的流變過程，從而提高塑性，甚致產(chǎn)生超塑性。一般認(rèn)為，晶粒細(xì)化引起合金韌化的主要機(jī)理是晶界滑移。
鎂合金可以超塑成形是其重要特性之一，不但簡化了成形工藝，而且可以生產(chǎn)出綜合性能好、尺寸精度高、表面光潔的產(chǎn)品，是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ某尚喂に?，將在汽車制造與航空航天器零部件制造中獲得有效的應(yīng)用。
均勻化處理可以在一定程度上細(xì)化晶粒，對鎂合金熱加工性能提高有利。