我們采用兩步MDF工藝和人工時效，開發(fā)了尺寸為100 × 100 × 140 mm3的大型AZ80合金樣品。設(shè)計的工藝與報道的MDF和老化工藝不同。T5處理后的試樣具有均勻的力學(xué)性能，極限抗拉強度為430 MPa(工程應(yīng)力)，斷裂延伸率為11.4%，達到了變形Mg-RE合金的水平。MDF在高溫下提高了樣品的可塑性，從而在180℃具有良好的可偽造性。MDF工藝引入的高密度缺陷包括晶界、位錯和層錯(SFs)，這些缺陷加速了后續(xù)的老化響應(yīng)。這種良好的強度-塑性協(xié)同作用是由細晶粒和粗晶粒組成的整體雙峰組織、納米級β-Mg17Al12析出相以及高密度的位錯和層錯同時作用的結(jié)果。由于鎂合金的力學(xué)性能不依賴于添加特定元素而產(chǎn)生的強化機制，所設(shè)計的工藝可以使鎂合金的整體性能受益。本工作為開發(fā)用于承重部件的大尺寸鎂合金坯料提供了一條有效途徑。
鎂合金應(yīng)該是工程應(yīng)用中輕的結(jié)構(gòu)金屬材料，但目前它們在重要領(lǐng)域的實際利用并不令人滿意。鎂合金在室溫下強度低，塑性差，直接限制了其大規(guī)模工業(yè)利用。實現(xiàn)商用鎂合金的強度-延展性協(xié)同作用對于制造鎂合金承重部件具有重要意義。近年來，可以使用嚴(yán)重的塑性變形（SPD）工藝來獲得超細或細晶粒結(jié)構(gòu)，從而提高金屬的強度。Koch提到通過高壓扭轉(zhuǎn)（HPT）工藝和等通道角壓（ECAP）工藝生產(chǎn)的超細晶粒尺寸金屬實現(xiàn)了高強度。研究顯示，在Mg-Gd-Y-Nd-Zr合金經(jīng)過6次多向鍛造（MDF）后，平均晶粒尺寸從200 μm減小到5.1 μm，屈服強度（YS）、極限抗拉強度（UTS）和失效伸長率（EF）顯著增強。在SPD方法中，MDF工藝可以開發(fā)大尺寸鋼坯，同時具有成本低，操作簡單的優(yōu)點。
在鎂鑄件的生產(chǎn)中，AZ91由于其強度高、延伸率適中，常用于結(jié)構(gòu)件和蓋板。對于那些提供耐撞性的擠壓區(qū)部件，AM50和AM60更為常見，因為它們的伸長率為10-15%，這是能量吸收的關(guān)鍵屬性。所有這些合金都很容易獲得。它們以原生鎂的形式生產(chǎn)（主要通過低成本的Pidgeon工藝）或通過回收供應(yīng)。
鎂壓鑄件的前景非常好。根據(jù)Ducker在2021年8月的報告，汽車中鎂鑄件的平均使用量將從2016年的每輛汽車3.6千克增加到2030年的每輛汽車11.5公斤。這里提到的壓鑄件以及車門內(nèi)件將構(gòu)成這一增長的大部分[3]。
目前鎂鍛件在汽車中的使用受到嚴(yán)重限制。鎂鍛件的主要用途是生產(chǎn)車輪。鎂似乎是車輪生產(chǎn)的天然材料，因為更輕的車輪有很多好處。重量輕的車輪確保小的滾動阻力、大的加速和制動效率以及佳的燃油經(jīng)濟性。目前，鍛造鎂合金輪轂可用于賽車，甚至被強制用于方程式賽車。然而，鎂合金車輪并不常用于任何街道車輛，尤其是那些在雪季撒鹽時需要在街道上行駛的車輛。
鎂合金的密度較低，約為鋁合金的2/3，鋼鐵的1/4，因此它是一種非常輕量化的材料，適用于那些對重量要求較高的應(yīng)用。
它在輕量化的同時具有較高的強度，使得它在許多工程領(lǐng)域可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)材料，提高結(jié)構(gòu)的強度與穩(wěn)定性。
它具有的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，適用于一些需要散熱或?qū)щ娦阅艿膽?yīng)用，電子設(shè)備或汽車零部件。
它具有較高的比強度，即單位質(zhì)量下的強度較大，使其成為航空航天、汽車工業(yè)等領(lǐng)域輕量化設(shè)計的理想選擇。
它不僅具有高強度，而且其剛度也較好，這使得它在一些對結(jié)構(gòu)剛度要求較高的應(yīng)用中表現(xiàn)出色。
它具有較高的強韌性，即在承受一定載荷的情況下不易發(fā)生斷裂或變形，這使得它在高應(yīng)力場合下表現(xiàn)出色。
由于鎂合金的低密度特性，使用它可以大幅降低結(jié)構(gòu)重量，進而減少能源消耗、提高運載能力，具有顯著的節(jié)能環(huán)保效果。鎂合金的加工性能良好，易于進行切削、鉆孔和車削等加工操作，有利于制造復(fù)雜形狀的零部件。
鎂合金可以通過壓鑄、擠壓、鍛造等多種成型方法，實現(xiàn)復(fù)雜形狀零部件的大規(guī)模生產(chǎn)。鎂合金在高溫下依然具有良好的塑性和抗變形性，有利于熱加工和成形。
科學(xué)家和工程師通過添加合金元素或進行表面處理等方式，有效改善了鎂合金的腐蝕性能，使其適用于更廣泛的應(yīng)用場景。
鎂合金是一種環(huán)保材料，它可以與環(huán)境中的氧氣和水進行反應(yīng)，生成氧化鎂和氫氣，不會產(chǎn)生對環(huán)境有害的廢棄物。鎂合金具有很好的可回收性，對于節(jié)約資源和保護環(huán)境具有積極意義。
它作為輕量高強的未來材料之選，具有諸多優(yōu)勢，包括高強度與輕量化優(yōu)勢、良好的加工性能和成型性，以及其耐腐蝕性與環(huán)保特點。
這些優(yōu)勢使得鎂合金在航空航天、汽車工業(yè)和醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域擁有廣泛的應(yīng)用前景，同時也為材料科學(xué)領(lǐng)域的研究者帶來了新的挑戰(zhàn)和機遇。
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