研究生文獻(xiàn)閱讀報(bào)告研—塑性成形

1、研究生文獻(xiàn)閱讀報(bào)告學(xué) 院：機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)方向：輕金屬加工理論與應(yīng)用姓 名指導(dǎo)教師：20132014學(xué)年 上學(xué)期評 分 ： 年 月 日鎂合金發(fā)展現(xiàn)狀及未來趨勢 第1章 緒論11 鎂的特性1.1.1 鎂的性質(zhì)【1】 1】鎂，化學(xué)符號Mg，是一種 IIA（第二主族）族輕質(zhì)堿土金屬元素，具有銀白色光澤，略有延展性。鎂的密度小，離子化傾向大。在空氣中，鎂的表面會生成一層很薄的氧化膜，使空氣很難與它反應(yīng)。鎂和醇、水反應(yīng)能夠生成氫氣。粉末或帶狀的鎂在空氣中燃燒時(shí)會發(fā)出強(qiáng)烈的白光。在氮?dú)庵羞M(jìn)行高溫加熱，鎂會生成氮化鎂（Mg3N2）；鎂也可以和鹵素發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)；鎂也能直接與硫化合。鎂的檢測可以用EDTA滴定法

2、分析。鎂具有比較強(qiáng)的還原性，能與沸水反應(yīng)放出氫氣，燃燒時(shí)能產(chǎn)生眩目的白光，鎂與氟化物、氫氟酸和鉻酸不發(fā)生作用，也不受苛性堿侵蝕，但極易溶解于有機(jī)和無機(jī)酸中，鎂能直接與氮、硫和鹵素等化合，包括烴、醛、醇、酚、胺、脂和大多數(shù)油類在內(nèi)的有機(jī)化學(xué)藥品與鎂僅僅輕微地或者根本不起作用。但和鹵代烴在無水的條件下反應(yīng)卻較為劇烈（生成格氏試劑）鎂能和二氧化碳發(fā)生燃燒反應(yīng)，因此鎂燃燒不能用二氧化碳滅火器滅火。鎂由于能和N2和O2反應(yīng)，所以鎂在空氣中燃燒時(shí)，劇烈燃燒發(fā)出耀眼白光，放熱，生成白色固體。在食醋中的變化為快速冒出氣泡，浮在醋液面上，逐漸消失。一些煙花和照明彈里都含有鎂粉，就是利用了鎂在空氣中燃燒能發(fā)出耀眼

3、的白光的性質(zhì)。鑄造狀態(tài)的鎂的力學(xué)性能較低，常溫下其抗拉強(qiáng)度為80110MPa，伸長率為6%8%，彈性模量為45GPa，泊松系數(shù)為0.33。1.2 鎂的優(yōu)勢1.2.1鎂的優(yōu)點(diǎn)2-9 （1）鎂合金比強(qiáng)度、比剛度高。在現(xiàn)有工程用金屬中，鎂的密度最小，是鋼的1/5，鋅的1/4，鋁的2/3。普通鑄造鎂合金和鑄造鋁合金的剛度相同，因而其比強(qiáng)度明顯高于鋁合金。鎂合金的剛度隨厚度的增加而成立方比增加，故而鎂合金制造剛性好的性能對整體構(gòu)件的設(shè)計(jì)十分有利。（2）鎂合金的韌性好、減震性強(qiáng)。鎂合金在受外力作用時(shí)，易產(chǎn)生較大的變形。但當(dāng)受沖擊載荷時(shí)，吸收的能量是鋁的1.5倍，因此，很適合應(yīng)于受沖擊的零件車輪；鎂合金有很

4、高的阻尼容量，是避免由于振動、噪音而引起工人疲勞等場合的理想材料。（3）鎂合金的熱容量低、凝固速度快、壓鑄性能好。鎂合金是良好的壓鑄材料，它具有很好的流動性和快速凝固率，能生產(chǎn)表面精細(xì)、棱角清晰的零件，并能防止過量收縮以保證尺寸公差。由于鎂合金熱容量低，與生產(chǎn)同樣的鋁合金鑄件相比，其生產(chǎn)效率高40%50%，且鑄件尺寸穩(wěn)定，精度高，表面光潔度好。（4）鎂合金具有優(yōu)良的切削加工性。鎂合金是所有常用金屬中較容易加工的材料。加工時(shí)可采用較高的切削速度和廉價(jià)的切削刀具，工具消耗低。而且不需要磨削和拋光，用切削液就可以得到十分光潔的表面。（5）鎂資源豐富，價(jià)格廉美。如前所述，世界鎂資源豐富且隨著科技的日益

5、發(fā)展，原鎂的成本也快速下降，價(jià)格也不斷降低。綜上所述，鎂資源豐富，鎂合金有其獨(dú)特的性能優(yōu)勢，是最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料并且易回收，因此，鎂被譽(yù)為“21世紀(jì)的綠色工程材料”。第2章 鎂合金的發(fā)展概況2.1 鎂及鎂合金發(fā)展簡史【10-12】 10-12】1808年,科學(xué)家戴維以汞為陰極電解氧化鎂,在人類歷史上第一次制取了金屬鎂。19世紀(jì)30年代,法拉第第一次通過電解氯化鎂得到了金屬鎂。第一次世界大戰(zhàn)開始之前,法國、德國、英國和加拿大都實(shí)現(xiàn)了鎂的工業(yè)生產(chǎn),但產(chǎn)量有限,大約年產(chǎn)量幾百噸,主要用于軍事方面。 19世紀(jì)80年代,才由德國首先建立工業(yè)規(guī)模上的電解槽,電解無水光鹵石生產(chǎn)氯化鎂,從此開創(chuàng)了電解法煉鎂的

6、工業(yè)化時(shí)代。后經(jīng)不斷在工藝和設(shè)備方面的改進(jìn),直到目前世界上采用的就是這種電解法。 電解法煉鎂的原理是在高溫下電解熔融的無水氯化鎂,使之分解成金屬鎂和氯氣。高溫情況下水對熔鹽性質(zhì)的影響是致命的,因此,高純度的無水氯化鎂是電解法制鎂關(guān)鍵所在。依據(jù)所用原料及處理原料的方法不同,電解法煉鎂又可細(xì)分為以下幾種具體的方法:道烏法、氧化鎂氯化法、光鹵石法、AMC法、諾斯克法。 電解法因?yàn)槠渖a(chǎn)工藝先進(jìn),能耗較低的優(yōu)點(diǎn),是一種極具發(fā)展前景的煉鎂方法。目前,發(fā)達(dá)國家80%以上的金屬鎂是通過電解法生產(chǎn)。 由于金屬鎂的需求越來越大,電解法生產(chǎn)金屬不能夠滿足鎂的需求,因此催生了金屬鎂的熱還原法冶煉。第二次世界大戰(zhàn)期間

7、,熱還原法生產(chǎn)鎂的技術(shù)迅速發(fā)展起來。 使用硅作為還原劑還原氧化鎂實(shí)現(xiàn)于1924年,但此時(shí)還未應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。第二次世界大戰(zhàn)期間,意大利科學(xué)家發(fā)明了在真空高溫爐內(nèi)用硅鐵還有白云石生產(chǎn)鎂的工藝;同期,奧地利科學(xué)家發(fā)明了用碳直接還原氧化鎂來生產(chǎn)鎂的亨氏格技術(shù)。第二次世界大戰(zhàn)以后,這些工藝用于工業(yè)化生產(chǎn)。 1941年加拿大教授L.M.皮江在渥太華建立了一個(gè)以硅鐵還原煅燒白云石煉鎂的試驗(yàn)工廠,獲得了成功。1942年加拿大在安大略省的哈雷建成世界上第一座皮江法生產(chǎn)的硅熱法廠(年產(chǎn)量5000t),并取得成功成為煉鎂的第二大方法。為了紀(jì)念這位科學(xué)家的卓越成就,特命名為“皮江法”;又由于用硅鐵作還原劑高溫?zé)掓V,

8、故又稱為“硅熱法”。皮江法經(jīng)過不斷改進(jìn),成為熱還原法中使用最廣泛的方法,也是目前世界上生產(chǎn)鎂的主要方法之一。 皮江法煉鎂的實(shí)質(zhì)是在高溫和真空條件下,有氧化鈣存在時(shí),通過硅(或鋁)還原氧化鎂生成鎂蒸氣,與反應(yīng)生成的固體硅酸二鈣(2CaO·SiO2)相互分離,并經(jīng)冷凝得到結(jié)晶鎂。該工藝過程可分為白云石煅燒、原料制備、還原和精煉四個(gè)階段。2.2 國內(nèi)外鎂合金發(fā)展現(xiàn)狀【13-16】 13-16】近年來,北美、歐洲和日本等發(fā)達(dá)國家相繼加大了對鎂合金開發(fā)與應(yīng)用研究的投入。鎂合金應(yīng)用和研究重點(diǎn)開始從宇航和兵工等領(lǐng)域擴(kuò)展到民用高附加值產(chǎn)業(yè)(如汽車、電腦、通信和家電等) 。特別是由于節(jié)能和環(huán)境保護(hù)的要

9、求,汽車將成為鎂合金應(yīng)用的重要領(lǐng)域。據(jù)報(bào)道9 ,使用鎂合金結(jié)構(gòu)件每輛汽車有減重150kg 的潛力,圍繞鎂合金材料的開發(fā),爭奪國際商業(yè)市場的競爭日趨激烈。為此,美國、德國、澳大利亞、日本等國都相繼出臺了各自的鎂研究計(jì)劃 。例如,美國的Rheo2molding 項(xiàng)目重點(diǎn)是研究鎂合金件生產(chǎn)新工藝,并取得了一系列成果; 德國1997 年由聯(lián)邦政府出資2500 萬馬克的MADICA (Magnesium Die Casting)鎂合金研究開發(fā)計(jì)劃,主要研究壓鑄鎂合金工藝、快速原型化與工具制造技術(shù)、切削加工技術(shù)、連接技術(shù)和半固態(tài)成形工藝,并將鎂合金應(yīng)用于諸如汽車、計(jì)算機(jī)、航空航天等領(lǐng)域,從而提高德國在鎂合

10、金應(yīng)用方面的能力。1995 年“澳大利亞鎂研究與發(fā)展計(jì)劃”(簡稱AMRDP) 的協(xié)作研究項(xiàng)目由昆士蘭金屬公司、聯(lián)邦政府和昆士蘭州政府聯(lián)合實(shí)施旨在發(fā)展鎂金屬制品的工業(yè)技術(shù)。目前, 世界各國正在加大鎂及鎂合金的生產(chǎn)。1999 年世界鎂的消耗在40 萬噸左右,預(yù)期在2005 年以前將達(dá)到55 萬噸。鎂合金公司(MAC) 正在剛果投資5. 14 億美元,建成一家世界上最大的年產(chǎn)6 萬噸的壓鑄鎂合金廠,并計(jì)劃于2003 年建成投產(chǎn)。澳大利亞目前有9 個(gè)鎂項(xiàng)目正在研究和發(fā)展建設(shè)中。另外,以色利、日本、德國、英國、荷蘭、俄羅斯等國家也已完成建新廠或正在擴(kuò)大已有工廠的生產(chǎn)能力。為了降低轎車自重以減少汽油消耗,

11、提高轎車的使用性能,各大汽車公司對鎂合金在汽車中的應(yīng)用研究投入了極大的熱情 ,紛紛積極投資鎂合金冶煉基地,確保原材料的供應(yīng)。世界頭號汽車公司美國通用汽車公司與世界上第二大鎂業(yè)公司挪威Norsk Hydro 鎂業(yè)公司達(dá)成協(xié)議,就增加鎂合金在汽車上的應(yīng)用進(jìn)行期合作,Norsk Hydro 鎂業(yè)公司將穩(wěn)定地長期向通用汽車公司提供所需鎂合金和鎂合金零部件。鎂合金在電子器件中應(yīng)用的增長就更快,日本松下、NEC、SON Y以及歐洲、美國、臺灣等著名公司已經(jīng)用鎂合金制造便攜式電腦、手提電話、攝錄像機(jī)殼體,顯示出了極強(qiáng)的竟?fàn)幜?。我國目前在鎂工業(yè)方面擁有三項(xiàng)“世界冠軍”。第一是鎂資源大國,儲量居世界首位。在青

12、海鹽湖蘊(yùn)藏著氯化鎂32 億噸,硫酸鎂16 億噸。在遼寧、山西、寧夏、內(nèi)蒙、河南等省區(qū)菱鎂礦均有很大儲量,僅遼寧大石橋一帶的儲量就占世界菱鎂礦的60 %以上,礦石品位高達(dá)40 %。第二是原鎂生產(chǎn)大國,2003 年我國共生產(chǎn)原鎂3514 萬噸,約占全球總產(chǎn)量的67 %。第三是出口大國,年產(chǎn)量80 %以上的鎂出口到國際市場。盡管如此,我國的鎂工業(yè)還存在著不少問題,主要表現(xiàn)在:1) 原鎂生產(chǎn)技術(shù)比較落后,質(zhì)量不夠穩(wěn)定,鎂錠中的夾雜物和有害元素含量大大超標(biāo),難以滿足壓鑄、板材軋制和沖壓等高端產(chǎn)品的生產(chǎn)需求;2) 出口產(chǎn)品絕大多數(shù)是廉價(jià)的純鎂錠,鎂合金出口比重只有15 %左右,鎂合金制品出口則更是微乎其微

13、,因此出口利低效益差,而對于軍工生產(chǎn)所需求的高性能鎂合金板材和型材還需要從俄羅斯進(jìn)口;3) 原創(chuàng)性的研究成果缺乏,目前出口的所有鎂合金錠幾乎全部按照國外的牌號生產(chǎn),而且在鎂合金產(chǎn)品加工中的關(guān)鍵技術(shù)和裝備大部分依靠進(jìn)口。中國鎂合金產(chǎn)品的生產(chǎn)和應(yīng)用現(xiàn)狀是,鎂合金的優(yōu)勢已經(jīng)被許多企業(yè)所認(rèn)識,在汽車、摩托車和3C 產(chǎn)業(yè)中鎂合金已經(jīng)開始獲得應(yīng)用,用戶汽、一汽、二汽、奇瑞、隆鑫、海爾等,例如,一汽鑄造有限公司AM50 鎂合金方向盤骨架;鎂合金壓鑄迅速增長,臺灣、香港和大陸投資的鎂壓鑄廠分布在幾乎全國各地,各種壓鑄機(jī)數(shù)量超過50 臺;變形鎂合金加工開始起步。2000 年3 月,科技部啟動了“鎂合金開發(fā)應(yīng)用及

14、產(chǎn)業(yè)化”的前期戰(zhàn)略研究,并于2001 年8 月正式通過項(xiàng)目論證,將該項(xiàng)目列為“十五”國家科技攻關(guān)重大項(xiàng)目,國家投入經(jīng)費(fèi)4000 余萬,全國共21 個(gè)省市區(qū)的4 個(gè)研究院所、7 所高校、20 多家企業(yè)直接參與了項(xiàng)目實(shí)施,最終目標(biāo)是充分發(fā)揮我國的鎂資源優(yōu)勢,通過技術(shù)集成創(chuàng)新和機(jī)制與體制創(chuàng)新,加強(qiáng)鎂合金應(yīng)用開發(fā),建立具有國際競爭力的鎂合金高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)群,將鎂資優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。在“863”計(jì)劃中,開展了耐熱鎂合金、變形鎂合金、高強(qiáng)高韌鎂合金及其應(yīng)用技術(shù)研究。2.3 鎂合金存在的問題及其發(fā)展趨勢【17-21】 17-21】 鎂合金面臨的問題： （1）易燃性，鎂元素與氧元素具有極大的親和力，其在高溫下

15、甚至還處于固態(tài)的情況下，就很容易與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，放出大量熱，且生成的氧化鎂導(dǎo)熱性能不好，熱量不能及時(shí)發(fā)散，繼而促進(jìn)了氧化反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行，形成了惡性循環(huán)，而且氧化鎂疏松多孔，不能有效阻隔空氣中氧的侵入。（2）室溫塑性差，鎂屬于密排六方晶體結(jié)構(gòu)，其在室溫下只有1個(gè)滑移面和3個(gè)滑移系，因此它的塑性變形主要依賴于滑移與孿生的協(xié)調(diào)動作，但鎂晶體中的滑移僅發(fā)生在滑移面與拉力方向相傾斜的某些晶體內(nèi)，因而滑移的過程將會受到極大地限制，而且在這種取向下孿生很難發(fā)生，所以晶體很快就會出現(xiàn)脆性斷裂。在溫度超過250時(shí)，鎂晶體中的附加滑移面開始起作用，塑性變形能力變強(qiáng)。（3）耐蝕性差，鎂具有很高的化學(xué)活潑性

16、，其平衡電位很低，與不同類金屬接觸時(shí)易發(fā)生電偶腐蝕，并充當(dāng)陽極作用。在室溫下，鎂表面與空氣中的氧發(fā)生反應(yīng)，形成氧化鎂薄膜，但由于氧化鎂薄膜比較疏松，其致密系數(shù)僅為0.79，即鎂氧化后生成氧化鎂的體積縮小， 因此耐蝕性很差。（4）絕對強(qiáng)度偏低，尤其是高溫強(qiáng)度和高溫抗蠕變性能較差。鎂合金的發(fā)展趨勢： （1）耐熱鎂合金，耐熱性差是阻礙鎂合金廣泛應(yīng)用的主要原因之一,當(dāng)溫度升高時(shí),它的強(qiáng)度和抗蠕變性能大幅度下降,使它難以作為關(guān)鍵零件(如發(fā)動機(jī)零件) 材料在汽車等工業(yè)中得到更廣泛的應(yīng)用。美國、日本、加拿大、以色列等國家均將耐熱鎂合金的研究開發(fā)作為重要的突破方向 ,其目標(biāo)是在不大幅度提高成本的前提下,提高鎂

17、合金150 - 250 下的高溫強(qiáng)度和蠕變性能,同時(shí),具有良好壓鑄性能和耐蝕性。目前最廣泛應(yīng)用的商業(yè)化AZ(Mg - Al - Zn)系、AM(Mg - Al - Mn) 系Mg - Al 基鎂合金的高溫蠕變性能較差,溫度高于150 后的拉伸強(qiáng)度迅速降低。為改善Mg - Al 基鎂合金的高溫性能,可以通過加入合金元素改善析出相的特性(晶體結(jié)構(gòu)、形態(tài)及熱穩(wěn)定性) 來提高其耐熱性能。RE 比Si 能更有效地增大Mg - Al 合金的蠕變強(qiáng)度,Mg - Al - RE 系的AE42 、AE41 鎂合金具有比AS 系鎂合金更高的蠕變強(qiáng)度,可以應(yīng)用于壓鑄【18】 18】。（2）耐蝕鎂合金，嚴(yán)格限制鎂合金

18、中的Fe 、Cu、Ni 等雜質(zhì)元素的含量、控制Fe/ Mn 比,得到的高純鎂合金具有很好的耐蝕性,例如，高純AZ91HP 鎂合金在鹽霧試驗(yàn)中的耐蝕性大約是AZ91C 的100 倍,超過了壓鑄鋁合金A380 ,比低碳鋼還好得多鎂合金在熔煉澆注過程中容易發(fā)生劇烈的氧化燃燒。實(shí)踐證明,熔劑保護(hù)法和SF6 、SO2 、CO2 、Ar等氣體保護(hù)法是行之有效的阻燃方法,但它們在應(yīng)用中會產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境污染、降低合金性能并加大設(shè)備投資。（3）阻燃鎂合金，鎂合金在熔煉澆注過程中容易發(fā)生劇烈的氧化燃燒。實(shí)踐證明,熔劑保護(hù)法和SF6 、SO2 、CO2 、Ar等氣體保護(hù)法是行之有效的阻燃方法,但它們在應(yīng)用中會產(chǎn)生嚴(yán)

19、重的環(huán)境污染降低合金性能并加大設(shè)備投資。 （4） 高強(qiáng)度鎂合金，日本東北大學(xué)金屬材料研究所開發(fā)出了具有高強(qiáng)度、高延展性、耐熱、質(zhì)輕的鎂合金。這種鎂合金的強(qiáng)度至少是以往鎂合金的2. 5 倍,是目前世界上強(qiáng)度最高的鎂合金。這種鎂合金是在急速冷卻條件下將鎂、鋅和釔的金屬粉末按一定比例混合,用高壓擠壓而成,其中鎂、鋅、釔的原子數(shù)比例為9712 。這一構(gòu)成使新的鎂合金既具有高強(qiáng)度又富有延展性,在橫截面積為1mm2 的新型鎂合金絲上掛600kg 的重物也不會變形,其耐熱強(qiáng)度是目前鎂合金的2 倍以上,同時(shí)也特別易于加工。另外,經(jīng)過精煉加工后,還可把鎂從該合金中再單獨(dú)分離出來,非常利于循環(huán)利用。預(yù)計(jì)這種鎂合金

20、除廣泛用于家電產(chǎn)品外,還將在機(jī)器人、人造衛(wèi)星等要求材料既輕又結(jié)實(shí)的領(lǐng)域發(fā)揮巨大威力。 （5）變形鎂合金，雖然目前鑄造鎂合金產(chǎn)品用量大于變形鎂合金,但經(jīng)變形的鎂合金材料可獲得更高的強(qiáng)度,更好的延展性及更多樣化的力學(xué)性能,可以滿足不同場合結(jié)構(gòu)件的使用要求。因此,開發(fā)變形合金,是其未來更長遠(yuǎn)的發(fā)展趨勢。新型變形鎂合金及其成型工藝的開發(fā),已受到國內(nèi)外材料工作者的高度重視。美國成功研制了各種系列的變形鎂合金產(chǎn)品,如通過擠壓和熱處理后的ZK60 高強(qiáng)變形鎂合金,其強(qiáng)度及斷裂韌性可相當(dāng)于時(shí)效狀態(tài)的A17075 或A17475 合金,而采用快速凝固(RS) + 粉末冶金( PM) + 熱擠壓工藝開發(fā)的Mg -

21、 Al - Zn 系EA55RS 變形鎂合金,成為迄今報(bào)道的性能最佳的鎂合金,其性能不但大大超過常規(guī)鎂合金,比強(qiáng)度甚至超過7075 鋁合金,且具有超塑性(300 ,436 %) ,腐蝕速率與2024 - T6 鋁合金相當(dāng),還可同時(shí)加人Si 、C、P 等增強(qiáng)相,成為先進(jìn)鎂合金材料的典范。日本1999 年開發(fā)出超高強(qiáng)度的IMMg - Y系變形鎂合金材料,以及可以冷壓加工的鎂合金板材。英國開發(fā)出Mg - AI - B 擠壓鎂合金,用于Magnox 核反應(yīng)堆燃料罐。以色列最近也研制出用于航天飛行器上的兼具優(yōu)良力學(xué)性能和耐蝕性能的變形鎂合金,法國和俄羅斯開發(fā)了魚雷動力源變形鎂合金陽極薄板材料。第3章 鎂

22、合金超塑性發(fā)展現(xiàn)狀與面臨的問題3.1 鎂合金超塑性數(shù)值模擬、發(fā)展現(xiàn)狀及成果Takuda【22】 等在Erichsen 試驗(yàn)和拉深試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，用有限元對鎂合金AZ31 板料的可成形性進(jìn)行了分析。Palaniswamy【23】 對AZ31B 高溫板料拉伸成形進(jìn)行了有限元模擬，得出極限拉深率隨溫度而增加，200 時(shí)達(dá)到最大極限拉伸率。S.C.V. Lim【24】 對鎂合金AZ31 平面鍛造成形進(jìn)行了模擬，以長100 mm、寬20 mm、厚5 mm 的坯料為例，通過分析計(jì)算并確定了鍛造所需的載荷和應(yīng)變的分布。應(yīng)變分布圖能預(yù)測微結(jié)構(gòu)進(jìn)化，晶粒尺寸依賴于應(yīng)變，在高應(yīng)變區(qū)可觀察到小晶粒，在低應(yīng)變區(qū)具有相對

23、大的晶粒。杜志惠【25】 等運(yùn)用deform3D對MB26鎂合金復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的等溫模鍛進(jìn)行了數(shù)值模擬，對加工缺陷進(jìn)行了預(yù)測，并提出了解決方法。從文獻(xiàn)可知，至今鮮有對鎂合金復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的超塑性成型數(shù)值模擬【26-30】 。3.2 鎂合金超塑性的發(fā)展方向【31-39】 31-39】（1）工藝程序的簡單化。這樣將有助改變當(dāng)前以獲取超細(xì)晶粒獲取鎂合金超塑性的單一格局，提高鎂合金超塑性的工業(yè)化進(jìn)程，降低工業(yè)成本。目前對鎂合金超塑性的研究還被限制在超細(xì)晶粒的范疇之內(nèi)，獲得超細(xì)晶粒是一個(gè)復(fù)雜的過程，在這個(gè)過程中能源消耗大、成本較高，很難在工業(yè)上大規(guī)模的應(yīng)用。如果可以經(jīng)過簡單的工藝流程就能使鎂合金獲得良好的超塑性

24、，這樣便可以很好的擴(kuò)大鎂合金的應(yīng)用及工業(yè)化進(jìn)程。隨著研究的深入，有文獻(xiàn)提出可以對鎂合金進(jìn)行簡單的處理即可獲得較好的超塑性。 KimW J 研究Mg-Al-Ca 合金時(shí)發(fā)現(xiàn)，由電磁鑄造(EMC) 加電磁攪拌(EMS) 熔制的AZ31 鎂合金通過熱擠壓之后，在573K和673K、1.0×10-2S-1 的應(yīng)變速率下，合金的伸長率超過400%，體現(xiàn)出了良好的超塑性。（2）低溫超塑性。在較低的溫度下，獲得合金的超塑性將有利于節(jié)約能源，防止鎂合金的高溫氧化，提高超塑性變形后的合金質(zhì)量。低溫超塑性(LTSP) 是指合金在低于0.5Tm(Tm 為合金的熔點(diǎn))的溫度下，能夠體現(xiàn)出超塑性。對鎂合金而言

25、，在室溫下其塑性極差，一些商用鑄態(tài)鎂合金，其在室溫下的伸長率不超過20%，在573K 時(shí)，其伸長率也不過在30%-40% 之間。能否使鎂合金在低溫下獲得超塑性引起了科研工作者的興趣。Chuvildeev V N 等在對ZK60、AZ91兩種鎂合金的研究中發(fā)現(xiàn)，通過等徑角向擠壓處理，合金可以得到均勻的微晶結(jié)構(gòu)和非平衡晶界，合金ZK60、AZ91 在3.0×10-3S-1 的應(yīng)變速率下，ZK60 在533K的極限伸長率可以達(dá)到810%，而AZ91 在573K 時(shí)的極限伸長率可達(dá)到570%。KimW J 等2 對AZ61 箔材通過不同的速度碾壓塑性變形，在523K、3.0×10-

26、4S-1 的應(yīng)變速率下，箔材的極限伸長率達(dá)到850%。（3）高應(yīng)變速率超塑性。低的應(yīng)變速率，增加合金的變形時(shí)間，限制了超塑性的工業(yè)應(yīng)用；高的變速率，可以提高鎂合金的變形速度，提高生產(chǎn)效率，減少變形過程能源消耗。一般認(rèn)為高速超塑性(HSRSP) 是指應(yīng)變速率不小于1.0×10-3S-1 時(shí)，合金可以體現(xiàn)出超塑性。超塑性應(yīng)變速率關(guān)系著合金超塑性變形的快慢，高的應(yīng)變速率可以提高合金的變形速度、節(jié)約能源及提高生產(chǎn)效率。但是高應(yīng)變速率容易導(dǎo)致合金的過早頸縮斷裂，反過來制約了合金的塑性變形，如何能夠使合金在高的應(yīng)變速率下，獲得好的超塑性一度成為材料研究的一個(gè)熱點(diǎn)。WangQ D 等在對箔材AZ9

27、1 的研究中發(fā)現(xiàn)，在623K、1.0×10-3S-1 的應(yīng)變速率下，箔材AZ91 的極限伸長率可達(dá)到455%。3.3 關(guān)于鎂合金超塑性及其數(shù)值模擬的看法【40-41】 40-41】鎂合金室溫塑性加工能力較差，但是，在特定的變形溫度、速度及組織狀態(tài)條件下，鎂合金具有很高的塑性，甚至出現(xiàn)明顯的超塑性。利用鎂合金的超塑性，可使復(fù)雜構(gòu)件的變形加工順利進(jìn)行，并且流動性高，填充性好，而且流變應(yīng)力很低，可以在較小噸位的設(shè)備下完成。 隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，包括制造與生產(chǎn)，眾多的CAD/CAE軟件可以方便地實(shí)現(xiàn)建模與數(shù)值模擬，大大縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，降低研發(fā)生產(chǎn)成本，經(jīng)濟(jì)效

28、益明顯。參考文獻(xiàn)1 宇航材料工藝，2011，（2）：3-7.2余琨,黎文獻(xiàn),王日初,等. 變形鎂合金的研究、開發(fā)及應(yīng)用J . 中國有色金屬學(xué)報(bào),2003 ,13 (2) :277 -288.3 曾小勤,王渠東,呂宜振,等. 鎂合金應(yīng)用新進(jìn)展J . 鑄造,1998(12) :50 - 53.4 周江. ZK61M鎂合金鍛件鍛造工藝研究J. 輕合金加工技術(shù)，2010，38(5)：36-38.5 中國科學(xué)院. 輕合金技術(shù)新進(jìn)展 R . 北京:科學(xué)出版社,2002.6 王渠東,呂宜振,曾小勤. 稀土在鑄造鎂合金中的應(yīng)用J . 特種鑄造及有色合金,1999 (1) :40 44.7 朱建國鎂合金的開發(fā)與

29、應(yīng)用稀土學(xué)報(bào)，2002(1)8 師昌緒，李恒德，王淀佐，等.加速我國金屬鎂工業(yè)發(fā)展的建議.材料導(dǎo)報(bào)，2001,15:5-6.9 王渠東，丁文江.鎂合金會研究開發(fā)與展望.世界有色金屬，2004，（7）：8-11.薩維茨基M;張寶琪;孫志群稀土金屬學(xué) 197510 朱建國鎂合金的開發(fā)與應(yīng)用 2002(01)11 張丁非.彭建.丁培道.潘復(fù)生鎂及鎂合金的資源、應(yīng)用及其發(fā)展現(xiàn)狀期刊論文-材料導(dǎo)報(bào)2004,18(4)12 吉澤升.李德鋒.孫榮濱鎂合金壓鑄技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀期刊論文-輕合金加工技術(shù)2001,29(12)13 陳曉.傅高升.錢匡武鑄造鎂合金的研究與發(fā)展現(xiàn)狀期刊論文-鑄造技2004,25(11)1

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