变形镁合金成形工艺研究及其应用

变形镁合金塑性加工是目前镁合金研究的前沿领域.综述了变形镁合金主要的成形工艺方法及应用领域,介绍了变形镁合金挤压、轧制、锻造、冲压、超塑变形等变形工艺的特点和关键;展望了变形镁合金的应用发展,指出了其成形工艺在军工、汽车、电子、航空航天等领域具有越来越广阔的应用前景.     

镁合金的塑性加工技术

分析了镁合金的塑性变形特点及应用前景,阐述了镁合金塑性加工研究现状及在材料、性能和加工制造方面的发展方向,分析了镁合金挤压、锻造、冲压、胀形等变形特点及工艺关键.讨论了镁合金的各种加工性能和环境影响,总结了镁合金塑性加工技术的最新进展.     

变形镁合金板成形工艺研究现状

综述了影响镁合金板成形性能的主要因素、先进成形工艺及有限元技术在镁合金板成形中的应用现状,指出开展变形镁合金板成形性能的实验研究,建立其数学模型,并结合塑性有限元技术开展对镁合金板成形工艺的数值模拟分析及优化,有利于变形镁合金的推广应用.     

超细晶镁合金的研究现状及展望

镁及其合金具有低密度、高比强度、高导热性、高阻尼性以及良好的电磁屏蔽性能等优点,成为最具应用前景的结构材料之一。随着环保问题的日益突出,轻量化和节能减排变得日趋重要,对具有低密度、高性能和可回收再生产等特性的结构材料提出了大量且迫切的需求,这对镁合金的发展和应用提供了广阔的前景,但目前镁合金特别是变形镁合金还没能大规模工业化应用,还有问题需要解决。绝对强度较低、塑性较差等是影响变形镁合金应用的主要瓶颈。在材料传统的四种强化理论中,析出强化、加工硬化等可以显著提高变形镁合金的绝对强度,但同时会损害其塑性;固溶强化一般只能提高强度,降低塑性,在镁合金中虽存在一些能够同时提升强度和塑性的固溶元素,但该类元素较少,且对强度和塑性的提升效果也十分有限,还有待进一步研究发展;而晶粒细化是目前最有效的能同时提高材料强度和塑性的方法,当晶粒细化至数个微米量级时(超细晶),材料的强度和塑性会得到极大提升。在钢铁材料中的超细晶钢,就是利用超细晶组织(一般认为超细晶组织的目标是将晶粒尺寸从传统的几十微米细化至1～2μm)使钢铁材料的综合力学性能翻一番。同时,晶粒超细化也是高性能镁合金的研究重点之一。近期相关研究表明,超细晶镁合金拥有良好的强度和塑性,甚至还具有室温超塑性。目前常用于制备超细晶镁合金的方法主要有两种:剧烈变形法和中低温变形法。其中剧烈变形法主要采用等通道挤压、高压扭转、累积叠轧、多向锻造、粉末冶金等工艺方法来实现晶粒超细晶化,已有一定的发展历史,具有较深的研究基础;而中低温变形法是近年来新兴的一种制备超细晶镁合金的方法,同样能够成功制备出平均晶粒尺寸约为1μm的超细晶镁合金材料,该方法具备工业化应用的潜力。此外,通过剧烈变形法和中低温变形法制备的不同合金成分的超细晶镁合金材料性能差异较大,因此合金的成分设计在两种制备超细晶镁合金的方法中也具有至关重要的作用。总地来说,通过设计不同的合金成分,改进制备工艺,准确调控变形过程中的再结晶行为,制备出组织良好、性能优异的镁合金材料已成为发展超细晶镁合金的重要方向。因此,本文综述了目前超细晶镁合金的研究现状及主流的制备方法的优缺点,并分析了超细晶镁合金的制备方法和合金设计对组织和性能的影响,最后对超细晶镁合金的发展方向进行展望。     

预时效对变形镁合金组织与力学性能的影响

与铸造镁合金相比,变形镁合金可获得更高的强度、更好的延展性以及更多样化的力学性能,从而满足多样化镁合金结构件的应用需求.但由于变形镁合金绝对强度低、塑性变形能力差,其应用范围受到了极大的限制.近期研究发现,对变形镁合金进行预时效处理能够显著提高合金的综合力学性能,因此总结和归纳预时效对变形镁合金的影响具有重要的理论参考价值和实践指导意义.预时效是在塑性加工前进行时效处理的一种时效方法,预时效处理可通过欠时效、峰值时效和过时效等工艺调控析出相的大小、形状、分布和位向,析出相在后续的加工变形过程中具有改善材料组织与性能的重要作用.预时效提供的析出相,在后续塑性加工变形过程中为动态再结晶提供形核核心,促进动态再结晶,细化晶粒,激活非基面滑移,弱化基面织构,且晶界析出相可显著抑制晶粒长大,有效阻碍位错运动,也可使位错累积增多,小角度晶界增多.此外,增加析出相含量能减小晶粒尺寸,抑制{1012}拉伸孪晶的形核和长大,增加{1011}压缩孪晶和{1011}-{1012}双孪晶含量,这些孪晶增加了动态再结晶的形核核心,改变了晶粒取向,进而大幅提高了合金的强度、屈服应力和峰值应力,同时也保证了合金的延展性,极大地改善了镁合金的综合力学性能.本文针对Mg-Al系、Mg-Zn系、Mg-Sn系和Mg-RE系等四系合金,总结分析了预时效对变形镁合金组织与性能的影响,着重从压缩、拉伸、挤压和轧制等变形工艺角度进行综述,为制备综合力学性能优良的镁合金提供参考.此外,本文指出了预时效变形镁合金在未来的发展动态和研究重点.     

变形镁合金连续铸轧技术研究进展

变形镁合金材料具有良好的综合性能而被广泛应用,但由于其常温塑性较差导致变形镁合金材的加工变形困难.连续铸轧技术是一种短流程、近终成型板坯加工技术.综述了变形镁合金的合金体系、变形特点、加工方式和连续铸轧技术的工艺特点,探讨了变形镁合金连续铸轧技术的可行性,并介绍分析了国内外有关变形镁合金连续铸轧技术的研究现状和发展前景.     

镁合金织构演化晶体塑性力学模型的研究进展

晶体塑性力学建立于位错理论,能够将材料的塑性变形行为和微观组织变化联系起来,被广泛应用于形变织构的研究中。简述了镁合金的塑性变形机制,介绍了晶体塑性力学在镁合金织构演化模拟中的应用发展过程,重点对泰勒模型、弹塑性自洽模型、粘塑性自洽模型、弹粘塑性自洽模型的研究过程及其应用现状进行了综述。最后指出了晶体塑性力学模型在镁合金织构演化应用中存在的问题,并展望了其在镁合金变形织构模拟中的应用前景。     

累积叠轧工艺对AZ31镁合金板材组织和性能的影响

采用累积叠轧工艺对AZ31 镁合金薄板进行剧塑性变形,研究了累积叠轧变形过程中镁合金板材的组织及性能演变.实验结果表明,累积叠轧可以有效细化AZ31镁合金板材的晶粒组织,显著改善室温延伸率,是制备大尺寸、高性能细晶镁合金板材的一种有效、经济而且可以实现工业化生产的技术.累积叠轧5道次后AZ31镁合金板材组织均匀,晶粒尺寸为1～2μm左右,晶粒细化源于大的累积变形及表面剪切变形;室温抗拉强度和延伸率可达到349MPa和22.46%,可归因于晶粒细化对镁合金强度和塑性的改善.累积叠轧板材的道次间的加热使ARB组织粗化,减小了累积叠轧过程中晶粒持续细化的效果.     

变形镁合金材料的研究进展

综述了变形镁合金及其变形特性，讨论了镁合金的高温塑性、变形镁合金的热处理、晶粒细化原理，简单介绍了变形镁合金的应用领域及发展前景。     

热处理对挤压变形AM20镁合金疲劳性能的影响

本文研究了固溶处理和固溶＋时效处理对挤压变形AM20镁合金低周疲劳性能的影响。结果表明,不同制度的热处理对挤压变形AM20镁合金循环变形抗力的影响与外加总应变幅的高低有关;不同处理状态的挤压变形AM20镁合金的塑性应变幅、弹性应变幅与疲劳断裂时的载荷反向周次之间的关系可分别用Coffin--Manson和Basquin公式来描述。此外,不同处理状态的挤压变形AM20镁合金的循环应力幅与塑性应变幅之间呈线性关系。     

超高强韧Mg-Gd-Y-Zn-Zr变形镁合金研究进展

超高强韧镁合金的研发对推广镁合金在高技术领域的应用具有重要意义。镁与稀土均是我国的优势资源,因此在我国发展超高强韧稀土镁合金具有得天独厚的优势,其中Mg-Gd-Y-Zn-Zr系变形镁合金因其接近高强铝合金的超高强度和塑性,近年来受到研究者的广泛关注。综述了超高强韧Mg-Gd-Y-Zn-Zr系变形镁合金的合金成分、常规塑性变形工艺、新型剧烈塑性变形工艺和热处理工艺对该合金显微组织和力学性能的影响规律,以及该超高强韧变形镁合金的显微组织特征和强韧化机理。T5峰时效态超高强韧Mg-8.2Gd-3.8Y-1Zn-0.4Zr(质量分数)挤压合金具有双峰分布的晶粒尺寸“软-硬”复合层片微结构,以及由高密度的基面γ′纳米片状析出相和棱柱面β′纳米析出相形成的近连续网状结构,该挤压合金室温拉伸屈服强度、拉伸强度和断裂延伸率分别为466 MPa、514 MPa和14.5%。介绍了哈尔滨工业大学等单位在超高强韧Mg-Gd-Y-Zn-Zr系变形镁合金的规模化制备和应用方面的研究进展,并展望了Mg-Gd-Y-Zn-Zr系变形镁合金的发展趋势。     

变形镁合金的研究进展

镁合金由于具有质量轻、比强度和比刚度高以及良好的铸造性能等特点，在理论研究和实际应用上引起了人们极大的关注。近年来，世界各国纷纷致力于镁合金的研究开发。本文综述了国内外主要的变形镁合金材料的基本特性、力学性能和应用领域，介绍了目前变形镁合金材料的研究现状和进展，以及制备高性能变形镁合金材料的新工艺，探讨了镁合金的合金化原理和主要合金元素在变形镁舍金中的作用。     

稀土变形镁合金的研究和开发

论述了国内外稀土变形镁合金的研究和开发现状,分析了在变形镁合金中添加稀土元素所起的作用以及稀土对合金组织、性能及变形加工能力所产生的影响,总结了稀土变形镁合金中准晶相的形成、作用及研究特点,讨论了稀土变形镁舍金研究和开发中存在的问题和困难,指出稀土变形镁合金是镁合金开发应用中的一个重要发展方向.     

变形镁合金及其成形工艺

研究了变形镁合金的种类及世界主要工业国家的合金系列,总结了变形镁合金的主要用途及典型合金,分析了镁合金的变形特点,概括了变形镁合金的成形工艺及最新成果,介绍了镁合金冲压手机外壳的冲压工艺.     

细晶变形镁合金的研究进展

综述了变形镁合金的种类、基本变形特性和优良性能,介绍了轧制、挤压、锻造、超塑成形等常用成形技术,探讨了变形镁合金晶粒细化的机理及常用方法如等径角挤压、形变热处理等,阐述了变形镁合金的研究现状、存在的问题,并指出了未来变形镁合金研究开发的方向.     

Influence of Si,Ca and Ag addition on corrosion behaviour of new wrought Mg–Zn alloys

Abstract

The development of new wrought magnesium alloys for automotive industry has increased in recent years owing to their high potential as structural materials for low density and high strength/weight ratio demands. However, the poor mechanical properties and low corrosion resistance of the magnesium alloys have led to searching a new kind of magnesium alloys for better strength, ductility and high corrosion resistance. The main objective of the present research is to investigate the mechanical properties and the corrosion behaviour of new magnesium alloys, Mg–Zn–Ag (ZQ) and Mg–Zn–Si–Ca (ZS) alloys. The ZQ6X and ZS6X–YCa alloys were prepared by using hot extrusion method. Hardness AC and DC polarisation tests were carried out on the extruded rods, which contain different amounts of silver or silicon and calcium. The potential difference in air between different phases and the matrix was examined using scanning Kelvin probe force microscopy. The microstructure was examined using optical and electron microscopy (TEM and SEM), X-ray analysis and EDS. The results showed that the silver addition improved the mechanical properties but decreased the corrosion resistance. The addition of silicon and calcium also affected both mechanical properties and corrosion behaviour. These results can be explained by the effects of alloying elements on microstructure of Mg–Zn alloys such as grain size and precipitates caused by the change in precipitation and recrystallisation behaviour.     

液态模锻材料及其研究进展

液态模锻作为一种精密成型技术应用范围不断扩大,液锻件正在不断替代普通铸件和固态锻件用于各行各业。但液态模锻的材料范围不够明晰,导致铸造合金液态模锻研究与应用很多,而各种变形合金的液态模锻却鲜有报道。如果定义适于液态模锻技术成型的材料统称为液态模锻材料,并用流变充型能力、流变补缩能力以及开裂敏感性定量表征液锻材料的工艺性能,则各种合金钢、球墨铸铁、铝合金、镁合金、锌合金、铜合金、生物材料及金属基复合材料都属于液锻材料,且都具有较好的液锻工艺性能。目前只有液锻铝合金、液锻镁合金、液锻锌合金和一些液锻合金钢研究应用活跃,并取得了工业应用。建议今后加强液锻材料的工艺性能预报、变形合金特别是宽结晶温度范围合金的液态模锻以及金属基复合材料的研究开发。     

Critical Assessment 9: Wrought magnesium alloys

This assessment is focussed on wrought magnesium alloys for lightweight applications, particularly in the transport sector. The challenges to their wider use are summarised, including poor low temperature formability, corrosion issues, dissimilar metal joining, and limited precipitation strengthening. The fundamental origins of these challenges, and current research to address them, are highlighted. Key developments such as the use of dilute rare earth additions to manipulate texture for improved formability are discussed. Opportunities to exploit the unique properties of wrought magnesium alloys where further research is required are identified.     

Magnesium – der Zukunftswerkstoff für die Automobilindustrie?

Magnesium – future material for automotive industry? Magnesium alloys show a very high potential in automotive applications as constructive metal, whereas the main focus lies on die cast parts. Electronic industry is the major commercial consumer for die castings besides the automobile industry. Room temperature applications like steering wheels and frame components in cars as well as mobile phone‐ or notebook housings are well established. These castings are produced with AZ‐ or AM‐magnesium alloys, which show good room temperature properties and a good castability. The great alloy development challenge in extending the use of magnesium cast alloys are application for higher temperatures. The application in powertrain components is considered to be the benchmark here. Besides alloy development there are also further research activities in development of casting processes. Semi‐solid processes like New‐Rheocasting (NRC), Thoxomolding ? or Thixocasting (TC) are adapted to the requirements of newly developed alloys. Not only cast alloys but also magnesium wrought alloys have moved to the centre of interest in the last decade. Alloy development for improving the formability on the one hand as well as process development in extrusion or rolling has to be done in order to find optimum parameters for deforming magnesium alloys properly.