鎂合金作為輕的金屬結構材料,在航空航天、武器裝備、汽車、3C電子等領域具有的應用潛力。低的室溫塑性一直是限制鎂合金廣泛應用的主要阻礙之一。HCP結構提供了有限數(shù)量的可激活的滑移系統(tǒng),并且只有兩個立的基面滑移系統(tǒng)易于激活,遠不能滿足Von Mises/Taylor準則。獲得超細晶 (約1 μm及以下) 是提高鎂及其合金室溫塑性的重要手段,然而獲得超細晶往往需要特殊的設備和工藝,限制了廣泛推廣應用。
近些年,鎂合金作為輕的結構金屬材料,在航空航天、汽車、電子通訊等領域具有顯著的輕量化潛力,應用前景十分廣闊,受到廣泛關注。然而,鎂合金為密排六方結構,可開啟的滑移系有限,導致室溫塑性低、成形性差。近年來,大量研究工作基于合金化和加工方法,通過細化晶粒、弱化基面織構、促進非基面滑移開啟、減輕或消除各向異性等策略,顯著提升了鎂合金的塑性。大量研究結果表明合理的選擇合金化元素可調控第二相的種類和含量,采用合適的熱機械加工可有效調控第二相的尺寸和分布,為高強塑性鎂合金的可控制備奠定了基礎。
Ca可起到與稀土元素相近的作用,降低c/a比值、弱化織構、細化晶粒、促進非基面滑移開啟。通過高速擠壓(24 m/min),Mg-1Al-0.3Ca-0.5Mn合金不僅可保持較高的屈服強度(~287 MPa),還具有~20%的高延伸率?;诨?柱面位錯交滑移不但可以加速峰時效,還可以顯著提升塑性。Mn的加入可降低柱面滑移CRSS,對塑性提升產生有利作用,Mg-1Mn合金具有~39%的高延伸率。Li的加入同樣可提升鎂合金塑性,促使基軸由基面取向旋轉至橫向(TD)。隨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%,歸因于晶格類型由密排六方轉變?yōu)轶w心立方且基面織構有所弱化。綜上所述,多元合金化設計將為新型高塑性鎂合金的發(fā)展開辟新道路。
近些年,超細晶材料由于強度受到廣泛關注。然而,較差的塑性阻礙了其應用和發(fā)展。近期,研究發(fā)現(xiàn)混晶組織的引入可實現(xiàn)的強塑性結合。合金成分和含量顯著影響混晶組織形成及演化過程?;炀ЫM織的形成主要是由于不完全動態(tài)再結晶所致。對于高合金含量鎂合金(如AZ91),易形成大量的第二相,這些第二相將對再結晶行為產生雙重影響,即促進或阻礙再結晶。大尺寸第二相顆粒將通過顆粒誘導再結晶(PSN)機制促進再結晶;同時,沿晶界分布的亞微米級第二相產生釘扎作用,抑制再結晶行為,從而形成混晶組織。
AZ31合金的實驗數(shù)據(jù)與位錯爬升蠕變方程吻合良好,并提出了AZ31在673 K時考慮擴散、位錯蠕變機制和晶界滑動的蠕變變形機理。然而,由于缺乏關于AZ31合金晶界滑動作用的實驗信息,因此無法詳細確定蠕變速率方程中的所有參數(shù)。
劇烈塑性變形技術[5]的發(fā)展以及這些技術在鎂合金加工中的應用為研究這些具有細晶甚至超細晶組織的合金高溫行為提供了機會。
現(xiàn)在人們也認識到,ECAP加工在AZ31合金中產生了的超塑性性能,分析表明晶界滑動可能是控制速率的機制。
實際上,AZ31合金是一種單相鎂合金,預計在高溫超塑性變形過程中,第二相的缺失將導致動態(tài)晶粒長大。近的一項分析證明了在鎂合金中保持非常小的晶粒尺寸對于超塑性流動的重要性。
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