强韧化近年原文.doc

镁合金强韧化技术的研究进展

0前沿

随着科学技术的快速发展，大规模生产的出现使金属材料的消耗量急剧上升，地球表壳的资源日趋贫化。提高强韧化以节约材料，降低成本，增加材料在使用过程中的可靠性和延长服役寿命是可靠的路径。希望所使用的材料既有足够的强度，又有较好的韧性，通常的材料二者不可兼得理解材料强韧化机理，掌握材料强韧化现象的物理本质，是合理运用和发展材料强韧化方法从而挖掘材料性能潜力的基础。

金属材料的的强化一般都是通过固溶强化、析出强化及弥散强化，细晶强化和热处理强化来提高合金的室温或高温力学性能。韧性是断裂过程的能量参量，是材料强度与塑性的综合表现。

1.镁合金的特点

镁合金是目前实际应用中最轻的金属材料，它密度小且具有高的比强度、比刚度及良好的铸造、减震、切削加工和尺寸稳定等性能，早已引起航空和汽车工业的注意。但是镁合金的强度、随着镁合金应用领域的扩大，镁合金的研究和开发不断深入，但镁合金的屈服强度和抗拉强度一般分别低于200、300MPa，镁合金的强度不高一直是扩大其应用范围的障碍。所以，提高镁合金的室温及高温强度是镁合金研究中要解决的首要问题。

2.镁合金的常用强韧化方法

目前镁合金的强韧化方法主要以细晶强化、固溶强化、时效析出强化为基础，逐步发展了合金元素优化、热处理强韧化、形变强化和机械合金化等。

2.1合金元素强化

镁合金中合金元素的强化机制主要是固溶强化和第二相强化。所谓固溶强化，就是根据原子尺寸、电子浓度、晶格类型和电化学性质等因素，镁和可形成合金的元素几乎只能形成有限固溶体，合金元素溶入到基体中，通过原子错排、溶质与溶剂原子弹性模量的差异而强化基体。

第二相强化：超过溶解度的合金元素会与镁形成中间相，有下列三种类型：AB型，AB2型，CaF2型。当合金元素在基体中的溶解度随温度降低而下降时，将从基体中析出第二相阻碍位错运动和滑移使屈服强度提高，产生析出强化(时效强化)。第二相对镁基体力学性能的影响因其形态、大小、分布及所占比例而异。粗大、坚硬的第二相易对基体产生割裂作用，其界面易成为裂纹源，对镁合金的强度不利，细小弥散的第二相则会产生很好的强化作用。

固溶强化的颗粒是合金在凝固过程中产生的，其不溶于镁基体、熔点较高、具有良好的热力学稳定性。因此，固溶强化比析出强化更可保持到更高的温度。

铝元素、锌元素、稀土元素及碱土金属元素钙和锶是镁合金中几个常用的强化元素。

2.2热处理强韧化

热处理是改善合金使用性能和工艺性能的一种重要手段。固溶和时效是有色合金常用的热处理。如果合金元素有较高的溶解度，其固溶度随着温度的降低而降低，且变化明显，时效处理过程中能够析出强化效果明显的第二相，那么其热处理强化效果就会很好。

图1是合金相图，时效强化效果最高的是在溶解度c点附近的合金。成分向左或向右偏离c点，强化效果都将降低。合金成分向左偏离时，由于α固溶体的过饱和度降低，故淬火时效效果减小。合金成分位于b点以左时，合金不再可能通过热处理进行强化。合金成分向右偏离c点，淬火时效强化效果也将降低。因为时效过程是在α固溶体中进行的，根据杠杆定律，合金成分向右偏离c点越远，其所含α固溶体的量越少，故强化效果越低。但如果第二相不太脆，合金的强度也可能有所增加，因为第二相的硬度往往高于α固溶体，其含量增多势必增大合金的强度。

2.3晶粒细化法强韧化

细化晶粒既能提高镁合金的强度、塑性、又能改善其变形均匀性，提高力学性能，改善加工性能，因而是镁合金强韧化最有效的途径之一。晶粒细化对提高镁合金力学性能的潜力远远大于铝合金。

细化镁合金晶粒的方法有两种：一种是通过变形进行晶粒细化，主要变形工艺有等径角挤压或扭转应变实现大塑性变形；大挤压比热挤压；大变形锻造铸态合金；温(冷)变形与静、动态再结晶相结合；快速凝固粉末的粉末冶金；机加工碎屑挤压压制；机械合金化、非晶化等。另一种是对镁合金铸态组织进行细化。

2.4时效处理

时效处理就是把经固溶处理后的镁合金置于一定的温度下，保持适当的时间，过饱和固溶体将会发生分解，从而增强合金的强度和硬度。室温下进行的时效处理是自然时效；较高温度下进行的时效处理是人工时效。

经过长期反复研究证实，时效强化的实质是从过饱和固溶体中析出许多非常细小的沉淀物颗粒(一般是金属化合物，也可能是过饱和固溶体中的溶质原子在许多微小地区聚集)，形成一些体积很小的溶质原子富集区。

2.5复合强韧化

将两种或两种以上的强韧化机制复合起来，同时较大幅度地提高镁合金的强度和塑性的方法叫复合强韧化。镁合金的强度和耐磨性可以通过同SiC、Al2O3或石墨等增强相的复合而进一步提高。目前镁基复合材料的制备通常是将SiC、Al2O3或石墨的粉末、纤维或晶须加入熔融的镁合金中，采用压铸或挤压铸造等方法，这是由于镁合金易与