镁课堂:(五十)镁的塑性为什么不如铝的?

2015年11月17日 8:59 31784次浏览 来源:   分类: 镁应用   作者:

导读: 镁及镁合金的塑性成形与加工性能远不如铝的,虽然它们也可以在一定的温度进行轧制、挤压、拉拔、锻造等压力加工,但其道次加工率比铝的低得多,铝可以在室温下进行压力加工,总加工率可达60%或更大一些,而镁则不能大于20%,只能望洋兴叹。一般,镁及镁合金只能在热状态下加工,热加工温度宜≥250℃。这也是为什么变形镁合金的应用领域比铸造镁合金窄狭的原因之一,当前在结构制造中,变形镁合金材料的用量还不到30%,压铸及铸造产品的用量则占70%以上,不过前者占的比例有逐年缓缓上升的趋势。

      镁及镁合金的塑性成形与加工性能远不如铝的,虽然它们也可以在一定的温度进行轧制、挤压、拉拔、锻造等压力加工,但其道次加工率比铝的低得多,铝可以在室温下进行压力加工,总加工率可达60%或更大一些,而镁则不能大于20%,只能望洋兴叹。一般,镁及镁合金只能在热状态下加工,热加工温度宜≥250℃。这也是为什么变形镁合金的应用领域比铸造镁合金窄狭的原因之一,当前在结构制造中,变形镁合金材料的用量还不到30%,压铸及铸造产品的用量则占70%以上,不过前者占的比例有逐年缓缓上升的趋势。
  镁及绝大多数镁合金具有密排六方(hcp)晶体,对称性低,室温滑移系少。这就是它们塑性低的根本原因。温度低于225℃时,多晶体镁的塑性变形仅限于通过基面{0001}与<1120>方向滑移和锥面{1012}和<1011>方向孪生来实现。当变形较大时,沿孪生区域或沿大晶粒基面{000}产生局部穿晶断裂,因而镁合金仅能发生低于20%的冷变形,道次加工率最好不大于12%。
  温度>225℃时,原子振动振幅增大,使得最密排面与次密排面的差别缩小,从而产生新的滑移面和滑移方向,塑性大大提高,有利于加工变形,同时由于发生回复及再生结晶,使材料软化,因而具有相当高的塑性,这就是镁合金的压力加工大都在高温下进行的原因。
  提高镁及镁合金塑性的措施
  镁及镁合金压力加工塑性低与成形性能差的根本原因是因为它们的晶体结构为密排六方,而铝的塑性为什么高,是因为它具有面心立方晶体结构,滑移系多,易变形,而镁及镁合金的滑移系少。所以提高镁及镁合金压力加工塑性和成形性的主要措施:
  改变晶体结构
  这是一种冶塑性变形能力低的治本措施,研究表明,向镁中添加锂、铟、银等合金元素可以降低镁合金晶体c/a值,例如加入8at(原子)%Li后由纯镁的1.623下降到1.618,晶格也由密排六方转变为体心立方,因而塑性大增。不过,Mg-Li合金没有固溶强化效果,虽然其伸长率可由纯镁的约5%上升到约12%Li质量合金的60%左右,但抗拉强度却由纯镁的220N/mm2下降到105N/mm2,同时合金的抗蚀性很低。因此,在常规工业结构中没有商业应用价值。但在航天器制造中得到了有限的应用。
  晶粒细化
  金属及合金的塑性及强度均随着晶粒的细化而上升,与铝合金相比,晶粒细化对镁合金强度和塑性的改善效果更明显,不仅能提高镁合金的强度和塑性,而且可导致高应变速率和低温超塑性。
  AZ91镁合金和5083镁合金屈服强度Rp0.2与晶粒尺寸d关系的对比研究表明;d≥2μm时,镁Rp0.2比铝的小,而当d<2μm时,镁的Rp0.2却比铝的大。通常认为较细晶粒是镁合金出现超塑性的前提条件。细晶有利于改善塑性和提高诱发超塑性的最佳应变速率。产生超塑性时,细晶镁合金的伸长率可大于300%。另外,细晶粒可以抑制孪晶的形成,进而改善合金的塑性。在晶粒尺寸为60μm时,纯镁的塑性-脆性较变温度(DBTT,Ductile-Brittle Transition Temperature)约为248℃;当晶粒尺寸为2μm时,其转变温度可降至室温。研究表明,当镁合金晶粒细化到1μm以后,能够激活新的变形机制,导致晶界滑移以及室温下新的流变过程,从而提高塑性,甚致产生超塑性。一般认为,晶粒细化引起合金韧化的主要机理是晶界滑移。
  镁合金可以超塑成形是其重要特性之一,不但简化了成形工艺,而且可以生产出综合性能好、尺寸精度高、表面光洁的产品,是一种很有发展潜力的成形工艺,将在汽车制造与航空航天器零部件制造中获得有效的应用。
  均匀化处理可以在一定程度上细化晶粒,对镁合金热加工性能提高有利。

责任编辑:于璐

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