【正文】 合金擠壓所需的擠壓力較高、擠壓速度低、成本高。通常,降低擠壓溫度和擠壓速度,可獲得更細(xì)小的晶粒；增加擠壓比也能進(jìn)一步細(xì)化晶粒,從而獲得更好的力學(xué)性能。例如,ZK60合金經(jīng)150℃擠壓后抗拉強(qiáng)度上升到500N/mm2以上,這可歸因于晶粒細(xì)化。圖XX 為極限擠壓速度與材料種類的關(guān)系，其中AM10 、AZ11 、M1和ZM21鎂合金擠壓速度可達(dá)到40mm/s而不開裂。研究表明，鎂合金的極限擠壓速度，主要取決于材料成分。例如，在有背壓的情況下，AZ31 合金在150 ℃以下即可擠壓成形,而AZ61 和ZK60 合金的擠壓溫度則必須在150 ℃以上。鎂合金的典型擠壓溫度范圍為300 ℃～ 460 ℃。由于鎂合金在低溫下滑移系較少，塑性變形能力差。金屬在擠壓變形區(qū)中處于三向壓應(yīng)力狀態(tài),可以充分發(fā)揮其塑性提高其變形能力,獲得大變形量。國內(nèi)也開始鎂合金鑄軋的研究工作，并在實(shí)驗(yàn)條件下制備了1mm~3mm的帶坯。最近，有科研人員利用鑄軋?jiān)嚿L線（見圖26）成功鑄軋出了寬700mm、總重達(dá)4t的鎂合金帶材。 Industrial Research Organization(CSIRO)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。在幾種連續(xù)鑄軋機(jī)中，雙輥（原理圖見圖26）較適宜于大規(guī)模、商業(yè)化是生產(chǎn)，目前已成功應(yīng)用于鋁業(yè)和鋼鐵 行業(yè)。圖 25 基于ECAP的等通道軋制裝備示意圖為降低變形鎂合金的生產(chǎn)成本，連續(xù)鑄軋工藝是目前研究的熱點(diǎn)。結(jié)果顯示，經(jīng)等通道軋制后基面組織結(jié)構(gòu)減弱，晶粒取向由原來的基面取向轉(zhuǎn)變?yōu)榛嫒∠蚺c非基面取向共存；板材強(qiáng)度 明顯提高，抗拉強(qiáng)度由等通道軋制前的240N/mm2增大到275N/。為了提高軋板的性能，基于等通道擠壓提出了等通道軋制。研究表明，在常規(guī)軋制過程中，鎂合金板材內(nèi)通常形成強(qiáng)烈的基面組織結(jié)構(gòu)，給板材的強(qiáng)度、塑性和深沖性帶來很不利的影響。最近研究表明，MB22在較低的軋制應(yīng)變速率下鎂合的軋制溫度在180到260攝氏度之間比較合適；軋制溫度溫度為340攝氏度時(shí)，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒已長大，成形性能變差。軋制溫度過低時(shí)，高的應(yīng)力集中可以導(dǎo)致孿晶形核和切變斷裂；軋制溫度過高時(shí)，晶粒容易長大而使板材熱脆傾向增大。軋制過程可以細(xì)化晶粒，改善鎂合金組織，顯著提高鎂合金的力學(xué)性能。此時(shí)在 角錐面上產(chǎn)生滑移并抑制孿晶形成。當(dāng)變形量較大時(shí)沿孿生區(qū)域（尤其在壓縮時(shí)）或沿大結(jié)晶的基面產(chǎn)生局部穿晶斷裂，因而鎂合金的冷變形僅限于中等變形，一般在溫度的冷變形量越為10%到20%。溫度是影響鎂合金塑性變形能力的關(guān)鍵因素，低于495K時(shí)，多晶鎂的塑性變形僅限于基面滑移和錐面孿生。如圖24所示為AZ91D鎂合金在不同溫度和速率條件下的蠕變曲線，可見其激活能隨著溫度的升高而明顯下降：120℃時(shí)激活能為220kj/mol,180℃時(shí)的激活能則下降為94kj/mol，這也表明在試驗(yàn)條件下鎂合金的蠕變機(jī)制非常復(fù)雜。圖23 應(yīng)變速率對屈服應(yīng)力及應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響蠕變是一個(gè)速度敏感的過程，材料在 高溫 下變形時(shí)的屈服應(yīng)力和應(yīng)力應(yīng)變曲線受應(yīng)變速度影響。當(dāng)溫度恒定時(shí)，穩(wěn)態(tài)蠕變速率與應(yīng)力之間符合Norton法則 （25）式中，n為應(yīng)變硬化指數(shù)。設(shè)溫度和時(shí)間對穩(wěn)態(tài)蠕變速率的影響是相互獨(dú)立的，則穩(wěn)態(tài)蠕變速率與溫度之間的關(guān)系可用Arrhenius則表示。在蠕變斷裂階段，蠕變速率隨時(shí)間增加而增加（＞0）。由圖21和 圖21可知，蠕變速率并非常數(shù)，而是取決于應(yīng)力、溫度和時(shí)間等餓 因素。第三階段為蠕變斷裂階段，此時(shí)軟化占主導(dǎo)地位 ，應(yīng)變隨時(shí)間呈指數(shù)規(guī)律增大，直至材料最終發(fā)生斷裂。純金屬在高溫（T，Tm為金屬的熔點(diǎn)，用熱力學(xué)溫度表示）下蠕變時(shí)，根據(jù)蠕變應(yīng)力的 大小和應(yīng)變隨時(shí)間變化的規(guī)律，可將蠕變曲線分成三個(gè)階段：第一個(gè)階段為滑移蠕變階段，此時(shí)存在明顯的應(yīng)變硬化，流變應(yīng)力隨蠕變應(yīng)變的增加而增大，且應(yīng)變和時(shí)間t之間遵循Andrade定律 （21）式中，為常數(shù)。蠕變時(shí)一個(gè)速度控制的過程，蠕變變形的大小可用蠕變曲線來表示，典型的蠕變曲線如圖21(a)所，其含義是在恒定溫度和載荷作用下應(yīng)變隨時(shí)間變化的關(guān)系。彈塑性變形時(shí)，應(yīng)變僅是應(yīng)力的函數(shù)，即。2 蠕變是能量驅(qū)動(dòng)的過程，蠕變系統(tǒng)的能量降低。常規(guī)蠕變變形中，當(dāng)應(yīng)力在宏觀屈服應(yīng)力以下時(shí)材料幾乎不發(fā)生塑性變形；蠕變變形時(shí)，當(dāng)應(yīng)力低于材料的宏觀屈服應(yīng)力 時(shí)也可發(fā)生明顯的塑性變形。與常規(guī) 塑性變形相比，蠕變具有以下主要特征。當(dāng)考察材料的“長期”力學(xué)行為時(shí)，特別是在一定的溫度區(qū)間內(nèi)，即使在較低的 應(yīng)力下材料也能發(fā)生塑性 變形，且承受的應(yīng)力較小，因此其力學(xué)行為主要卻決于蠕變特征。 鎂合金高溫變形機(jī)理在討論材料的力學(xué)性能時(shí)，可將材料的力學(xué)行為分為“長期”和“短期”行為。運(yùn)用合金化強(qiáng)化時(shí)，強(qiáng)化相的 特性特別是熱穩(wěn)定性及其與基體之間的取向關(guān)系對強(qiáng)化效果具有決定性的影響，而強(qiáng)化相的穩(wěn)定性又取決于合金元之間的 相組成及相的晶體結(jié)構(gòu)特征等因素。因此，耐熱鎂合金的設(shè)計(jì)思路應(yīng)遵循基體與晶界強(qiáng)化并重、限制基體錯(cuò)位運(yùn)動(dòng)及阻止晶界滑移的原則，綜合運(yùn)用固溶強(qiáng)化、析出強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化、準(zhǔn)晶強(qiáng)化、工藝強(qiáng)化和復(fù)合強(qiáng)化等手段。這是因?yàn)殒V合金溫室變形時(shí)，沉淀相和晶界是錯(cuò)位運(yùn)動(dòng)的障礙，高溫變形 特點(diǎn)則是晶內(nèi)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)與晶界滑移相結(jié)合。雖然Mn、Zr在Mg中的平衡固溶度較小，但可細(xì)化晶粒而達(dá)到細(xì)晶強(qiáng)化效果。 第2章 塑性成形理論基礎(chǔ) 引言 純鎂的強(qiáng)度很低，往純鎂中添加元素后，可以顯著提高其強(qiáng)度。 第四章：分析了材料力學(xué)性能和軋制狀態(tài)對拉深成形的影響，探索了不同的壓邊方式及壓邊力大小對成形的影響，分析了拉深成形速度對成形的影響。第二章：介紹了塑性成形理論基礎(chǔ)。 本課題的研究內(nèi)容和研究方法本課題選取沖壓工藝中較為廣泛應(yīng)用的拉深工藝作為主要研究方向，通過筒形件在室溫下和加熱狀態(tài)下的拉深試驗(yàn)，探索鎂合金板料拉深成形工藝中的各項(xiàng)參數(shù)對成形性能的影響。如日本 Sony 、日立金屬、東京精鍛工所共同開發(fā)了一種新的鍛造成形技術(shù)壓鍛 ( Press Forging ) 成形, 并已應(yīng)用到鎂合金的工業(yè)化生產(chǎn)中。 其它成形工藝鎂合金的基它成形工藝還有焊接、粉末冶金等技術(shù)。Matsuda 等[11]利用該技術(shù)對Mg Li Si Ag合金成形進(jìn)行了研究, 所得的該合金晶粒細(xì)小、組織均勻, 其間彌散分布著細(xì)小的Mg2相。其中,等通道角擠壓技術(shù) ( ECAE) 是低溫超塑性成形的一種方法, 在 200℃下可使 AZ91 鎂合金延伸率達(dá)到 675%。但是鎂合金只在一定應(yīng)變速率范圍內(nèi)呈現(xiàn)超塑性, 而要達(dá)到高的超塑性, 往往應(yīng)變速率非常小, 生產(chǎn)效率非常低。 超塑性成形鎂合金具有非常低的流變應(yīng)力, 以氣壓為動(dòng)力就可完成超塑成形。熱拉伸成形也是鎂合金成形的重要方法。擠壓溫度一般控制在 300℃400 ℃。鍛態(tài)鎂合金的強(qiáng)度和韌性優(yōu)于鑄態(tài)鎂合金, 最佳鍛造溫度為 200℃400 ℃。但鑄造組織的晶粒度一般不符合鍛造要求, 須先將鑄錠加以擠壓, 得到鍛造所需晶粒尺寸, 再以高變形速率鍛造成形。鎂合金的可鍛性取決于其相圖中的固相線溫度、變形速率和晶粒尺寸 3 個(gè)因素。因此, 變形溫度是鎂塑性成形的重要參數(shù), 同時(shí)變形速率和應(yīng)力狀態(tài)也是重要的考慮因素。近年來出現(xiàn)的許多新壓鑄方法, 包括真空壓鑄、充氧壓鑄和擠壓鑄造等, 這些方法在一定程度上克服了上述缺點(diǎn), 減少了鑄件組織疏松和氣孔的缺陷, 提高了鑄件致密度。冷室壓鑄通常用來生產(chǎn)厚壁件和大鑄件, 如德國 Audi 汽車公司和美國 GM汽車公司用冷室壓鑄生產(chǎn)汽車儀表板。壓鑄可分為熱室壓鑄和冷室壓鑄。 鑄 造鑄造是鎂合金的主要成形方法, 包括砂型鑄造、金屬型鑄造、重力鑄造、熔模鑄造、消失模鑄造、永久模鑄造和壓鑄等在內(nèi)的多數(shù)鑄造方法均可用于鎂合金成形。往往通過1種或多種元素進(jìn)行合金化，取得理想的效果。比如，在鎂合金中添加適量的稀土元素，可以增加合金的流動(dòng)性，降低微孔率，提高氣密性，顯著改善在高溫下的拉伸和成形極限測試。更好的延展性，更多樣化的力學(xué)性能，從而滿足更多結(jié)構(gòu)件的需要．因此，研究與開發(fā)新型變鎂合金，開發(fā)變形鎂合金生產(chǎn)新工藝，生產(chǎn)高質(zhì)量的變形鎂合金產(chǎn)品，是國際鎂協(xié)會(huì)(International Magnesium Associafton—IMA)在2000年提出的發(fā)展鎂合金材料的最重要、最具挑戰(zhàn)性且最長遠(yuǎn)的目標(biāo)和計(jì)劃。 MB22鎂合金簡介MB22是鎂—釔—鋅