第四章塑性变形（含答案）
一、填空题（在空白处填上正确的内容）
1、晶体中能够产生滑移的晶面与晶向分别称为________和________，若晶体中这种晶面与晶向越多，则金属的塑性变形能力越________。
答案：滑移面、滑移方向、好（强）
2、金属的再结晶温度不仅与金属本身的________有关，还与变形度有关，这种变形度越大，则再结晶温度越________。
答案：熔点、低
3、晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象称为________。答案：滑移
4、由于________和________的影响，多晶体有比单晶体更高的塑性变形抗力。
答案：晶界、晶粒位向（晶粒取向各异）
5、生产中消除加工硬化的方法是________。
答案：再结晶退火
6、在生产实践中，经冷变形的金属进行再结晶退火后继续升高温度会发生________现象。答案：晶粒长大
7、金属塑性变形后其内部存在着残留内应力，其中________内应力是产生加工硬化的主要原因。
答案：第三类（超微观）
8、纯铜经几次冷拔后，若继续冷拔会容易断裂，为便于继续拉拔必须进行________。
答案：再结晶退火
9、金属热加工时产生的________现象随时被再结晶过程产生的软化所抵消，因而热加工带来的强化效果不显著。
答案：加工硬化
10、纯铜的熔点是1083℃，根据再结晶温度的计算方法，它的最低再结晶温度是________。答案： 269℃
11、常温下，金属单晶体塑性变形方式有________和________两种。
答案：滑移、孪生
12、金属产生加工硬化后会使强度________，硬度________；塑性________，韧性________。答案：提高、提高、降低、降低
13、为了合理地利用纤维组织，正应力应________纤维方向，切应力应________纤维方向。答案：平行（于）、垂直（于）
14、金属单晶体塑性变形有________和________两种不同形式。
答案：滑移、孪生
15、经过塑性变形的金属，在随后的加热过程中，其组织、性能和内应力将发生一系列变化。大致可将这些变化分为________、________和________。
答案：回复、再结晶、晶粒长大
16、所谓冷加工是指金属在________以下进行的塑性变形。
答案：再结晶温度
17、金属塑性变形能产生如下三类内应力：金属表层与心部变形量不同而造成宏观内应力，称为________；晶粒之间或晶内不同区域之间的变形不均匀形成的微观内应力，称为
________；因晶格畸变形成的内应力称为________。
答案：第一类内应力、第二类内应力、第三类内应力
18、晶体的滑动通常是沿一定的晶面和一定的方向进行的，此组晶面称为________，该方向称为________。
答案：滑移面、滑移方向
19、与单晶体相比，影响多晶体塑性变形的两个主要因素是________和________。
答案：晶界、晶粒间位向差
20、金属塑性变形能产生如下三类内应力：金属表层与心部变形量不同而造成宏观内应力，称为________；晶粒之间或晶内不同区域之间的变形不均匀形成的微观内应力，称为
________；因晶格畸变产生的内应力称为________。
答案：第一类内应力、第二类内应力、第三类内应力
21、纯铜经过几次冷拉后，再进行拉拔时易产生断裂，其原因是产生了________现象。
答案：加工硬化
22、经冷塑性变形的金属在加热时要发生________、________和________三个阶段的变化。答案：回复、再结晶、晶粒长大
23、金属热压力加工后会产生纤维组织，纤维组织的性能具有方向性，平行于纤维组织方向的________强度高，垂直于纤维组织方向的________强度高。
答案：抗拉、抗弯
24、一根冷拉钢丝绳不慎掉入800℃的加热炉中，取出时再吊重物发生断裂，其原因是由于发生了________。
答案：再结晶
25、大多数零件都要进行压力加工，这是因为正确的热加工方法可以改善金属材料的
________和________。
答案：组织、性能
26、体心立方晶格中，原子排列最密的晶面有________个，原子排列最密的方向有________个，所以体心立方晶格的滑移系有________个。
答案：6、2、12
27、面心立方晶格中，原子排列最密的晶面有________个，原子排列最密的晶面方向有
________，所以面心立方晶格的滑移系有________个。
答案：4、3、12
28、金属经塑性变形后，在随后的加热过程中会出现三个阶段的变化。其中________过程由于加热温度较低，对冷塑性变形后材料的力学性能影响不大。
答案：回复
二、单项选择（下列题中选项可能多个正确，但只选择其中最佳的一项）
1、经塑性变形后，金属的外部形状和尺寸（）。
A、不发生变化
B、发生变化
C、可能发生变化，可能不发生变化
答案：B
2、金属通过热加工后（）。
A、改善了组织但未改善性能
B、改善了性能但未改善组织
C、既改善了组织又改善了性能
答案：C
3、金属在外力作用下，晶体中的位错发生了一定的位移，从而导致了金属的( )。
A、弹性变形
B、塑性变形
C、断裂
答案：B
4、经塑性变形后，金属的外部形状和尺寸（）。
A、不发生变化
B、发生变化
C、可能发生变化，可能不发生变化
答案：B
5、金属塑性变形的基本方式是滑移，滑移是在( )作用下进行的。
A、正应力
B、切应力
C、交变应力
答案：B
6、冷变形后的金属经回复后其内应力( )。
A、显著降低
B、显著升高
C、基本不变
答案：A
7、经冷变形的金属会产生加工硬化现象，加工硬化主要表现为( )。
A、强度、硬度降低；塑性，韧性升高
B、强度，硬度升高；塑性，韧性降低
C、强度、硬度、塑性、韧性均升高
答案：B
8、晶粒越细，则金属的强度、硬度越高，塑性、韧性（）。
A、越好
B、越差
C、不变
答案：A
9、经热加工后的金属具有纤维组织，具有纤维组织的金属其性能具有方向性，垂直于纤维组织的方向( )。
A、抗拉强度高
B、抗弯强度高
C、抗剪强度高
答案：B
10、冷变形后的金属经回复后其内应力( )。
A、显著降低
B、显著升高
C、基本不变
答案：A
11、为了合理利用热加工中产生的纤维组织，零件在使用时应使( )平行于纤维方向。
A、正应力
B、切应力
C、弯曲应力
答案：A
12、残余应力的存在会使零件在以后的使用中（）。
A、产生变形
B、无影响
C、金属力学性能变好
答案：A
13、多晶体与单晶体比较，多晶体金属的塑性变形抗力总是（）。
A、高
B、低
C、相等
答案：A
三、是非题（判断下列说法正确与否,正确用√错误用×表示）
1、多晶体中的晶界对塑性变形不产生任何影响。 ( )
答案：(×)
2、回复处理由于加热温度低，对冷塑性变形后材料的力学性能影响不大。 ( )
答案：(√)
3、单晶体塑性变形的基本方式是滑移，即晶体的一部分沿一定晶面与晶向相对于另一部分发生滑动。（）
答案：(√)
4、织构使金属的性能出现各向异性，对金属的力学性能、物理性能和拉伸加工工艺有很大的影响。（）
答案：(√)
5、细化晶粒能提高材料的强度，却降低材料的塑性和韧性。 ( )
答案：(×)
6、各种热加工方法只能改善材料的组织，不能改变材料的性能。( )
答案：(×)
7、生产中消除加工硬化的方法是去应力退火。( )
答案：(×)
8、影响金属再结晶温度的因素有金属本身的熔点和预先变形度，预先变形度愈大，则再结晶温度愈低。( )
答案：(√)
9、多晶体金属的塑性变形受到晶界和晶粒间位向差别的影响，与单晶体相比，塑性变形抗力大。（）
答案：(√)
10、金属塑性变形后内部存在的第三类内应力是产生加工硬化的主要原因。 ( )
答案：(√)
11、对冷塑性变形后的金属进行加热，随着温度的升高会产生回复，再结晶及晶粒长大三个阶段的变化。( )
答案：(√)
12、单晶体塑性变形的基本方式是滑移，即晶体的一部分沿一定晶面与晶向相对于另一部分发生滑动。（）
答案：(√)
13、金属经冷变形后会产生加工硬化现象，加工硬化会使金属的塑性和韧性升高。( ) 答案：(×)
14、根据晶体滑移的特点，可将滑移看作是晶体的一部分相对于另一部分的刚性滑动。（）答案：(×)
15、经外力作用，金属发生塑性变形；当外力去除后，变形会自动消失。( )
答案：(×)
16、多晶体中的晶界对塑性变形不产生任何影响。 ( )
答案：(×)
17、当金属中的位错密度增大到一定数值时，可使金属的强度提高。（）
答案：(√)
18、冷塑性变形后，在金属内部会产生内应力。 ( )
答案：(√)
19、塑性变形后，由于纤维组织和形变织构的形成，使金属的性能产生各向同性。（）答案：(×)
四、问答题（回答下列问题，有计算时应列出公式、算式及计算步骤）
1、为什么细晶粒的金属材料强度、塑性均比粗晶粒好？
答案：①相邻晶粒间的互相制约便使滑移不容易发生（1分），细晶体的变形较困难（0.5分）。
②细晶粒晶界较多，位错运动的阻力较大（1分），从而提高了变形抗力（0.5分）。所以，晶粒尺寸越小，金属室温强度就越高。（0.5分）
③晶粒尺寸越小，在一定体积内的晶粒数越多（0.5分），在同样的变形量下，变性分散在更多晶粒内进行（0.5分），而且每个晶粒的变形也叫均匀，不会产生过分的应力集中，而导致过早开裂（0.5分）。
④另外，晶粒越细小，晶界曲折多，不利于裂纹扩展（0.5分），所以断裂前可承受较大的塑性变形，因而塑性好（0.5分）。
2、为什么纯铜、纯铝的塑性比纯铁好？
答案：滑移方向对滑移所起的作用比滑移面大（2分）。铜、铝为面心立方晶格（1分），有4个滑移方向（1分），而铁是体心立方晶格（1分），滑移只有2个方向（1分）。因此铜、铝的塑性比铁好。
3、已知铜（Cu）的熔点为300℃的塑性加工属于冷加工还是热加工？组织和性能与变形前有怎样的变化？
答案：铜的熔点：T熔＝1083.45℃＋273＝1356.45K；（1分）
最低再结晶温度：T再＝1356.45×0.4＝542.58K＝269.58℃；（1分）
铜在300℃的塑性加工属于热加工（1分）。
由于热加工过程中伴随有再结晶（1分），其组织和性能与变形前相比差别不大（1分）。
4、已知钼（Mo）的熔点为2630℃，若将它加热至800℃进行轧制，该加工是冷加工还是热加工？加工后其组织和性能有何变化？
答案：钼的熔点T熔＝2630℃＋273＝2903K；（1分）
最低再结晶温度T再＝2903×0.4＝1161K＝888℃；（1分）
轧制温度800℃＜888℃（1分），这一加工应属冷加工（1分）。
因此，加工后组织的主要变化是随变形量增大（0.5分），原来的等轴晶沿变形方向逐渐压扁、拉长，最后变为纤维组织（0.5分）。
其性能变化主要是产生“加工硬化”（0.5分）和“各向异性”（0.5分）。
5、金属塑性变形造成哪几种残余内应力？残余内应力对机械零件可能产生哪些利弊？
答案：
可造成第一类内应力（0.5分）、第二类内应力（0.5分）和第三类应力（0.5分）。
其中第一类内应力使工件尺寸不稳定（1分）；第二类内应力使金属产生晶间腐蚀（1分）；第三类内应力是产生加工硬化的主要原因（1分）。
残余应力在一定条件下也可能产生有利的影响，例如对承受弯、扭交变载荷的零件(0.5分)，若使其表层存在残余应力，可有效的减少拉应力作用，抑制表层疲劳裂纹的产生与扩散（0.5分），明显提高金属的疲劳强度（0.5分）。
6、判断锡板在室温（15℃）加工变形时属于冷加工还是热加工，并指出它的组织和性能会有怎样的变化。（锡的熔点为232℃）
答案：锡的熔点：T熔＝232℃＋273＝505K（1分）；
最低再结晶温度：T再＝505×0.4＝202K＝71℃（1分）；
显然加工温度15℃高于最低再结晶温度，因此该加工属于热加工（1分）。由于变形加工过程将伴随着再结晶（1分），变形加工后的组织和性能与变形前相比差别不大（2分）。
7、金属塑性变形对金属的组织和性能有什么影响？
答案：金属塑性变形对组织的影响：
1．晶粒沿变形方向被拉长；（1分）
2．亚晶粒细化（0.5分），位错密度增高（0.5分）。
对性能的影响：
1．产生加工硬化（1.5分），即强度、硬度增高（0.5），而塑性、韧性下降（0.5分）。2．产生各向异性；（0.5分）
3．产生织构现象；（0.5分）
4．产生内应力。（0.5分）
8、简述金属滑移变形的主要特点。
答案：主要特点：
1. 滑移只能在切应力作用下发生，临界切应力取决于晶体本质和形变条件（1分）
2. 滑移通常沿晶体中原子排列最密的晶面和晶向发生；（1分）
3. 滑移时，晶体的一部分相对于另一部分移动的距离为原子间距的整数倍；（1分）
4. 滑移的同时必然伴随有晶体的转动。（1分）
9、塑性变形后的金属在加热温度较低时将发生回复。在回复过程中将会发生哪些变化？答案：在回复阶段，原已变形的组织和性能均无明显变化（2分），仅在晶粒内引起晶格畸变的降低（1分），即内应力有明显降低（1分）。
10、什么是加工硬化？简单说明加工硬化现象的利弊。
答案：金属材料在塑性变形过程中，随变形量的增加（1分），强度和硬度不断上升（0.5分），而塑性和韧性不断下降（0.5分），这一现象称为加工硬化。
加工硬化现象的好处有：
1.加工硬化是金属材料冷成型加工工艺的保证。（1分）
2.加工硬化是强化金属的一种方法。（1分）
3.加工硬化也是工程结构瞬间过载的安全保证，可防止过载引发的塑性变形持续进行。（1分）
但是加工硬化也给进一步的加工带来了困难。（1分）
11、什么叫再结晶？如何计算工业纯金属的最低再结晶温度？
答案：塑性变形后的金属在加热到较高温度时，通过重新生核与长大的过程（1分），使已变形的晶粒变成晶格相同的等轴晶粒的过程称为再结晶(1分)。
对于工业纯金属 T再＝0.4×T熔（k）（2分）
12、已知钼（Mo）的熔点为2630℃，若将它加热至800℃进行轧制，该加工是冷加工还是热加工？
答案：钼的熔点T熔＝2630℃＋273＝2903K；（1分）
最低再结晶温度T再＝2903×0.4＝1161K＝888℃；（1分）
轧制温度800℃＜888℃；（1分）
这一加工应属冷加工。（1分）
13、低碳钢在冲零件前硬度HB100，而冲零件后硬度不均匀，有的地方为HB100，有的地区为HB150，说明其原因。
答案：低碳钢冲制零件时，各处的变性量不均匀（2分），加工硬化程度不同（2分）。
14、比较纯金属Zn（密排六方）、α-Fe、Cu三者塑性的好坏，并分析原因。
答案：Cu塑性最好，α-Fe次之，Zn最差（1分）。
α-Fe为体心立方晶格（0.5分），有12个滑移系包含2个滑移方向（0.5分）；
Cu为面心立方晶格（0.5分），有12个滑移系包含3个滑移方向（0.5分）；
Zn为密排六方晶格（0.5分），仅有3个滑移系（0.5分）。
滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，金属的塑性越好（0.5分），特别是其中滑移方向的数目比滑移面数目的作用更大（0.5分），故具有体心立方晶格的α-Fe和具有面心立方晶格的Cu，虽然他们都具有12个滑移系，但铁的塑性不及铜。而具有密排六方晶格的Zn，因其滑移系仅有3个，其塑性远较具有立方晶格的金属为差。（1分）
15、某厂对高锰钢制碎石机鄂板进行固溶处理时，经过1100℃加热后，用冷拔钢丝吊挂，由起重吊车送往淬火水槽，行至途中钢丝突然断裂。此钢丝是新的，并没有疵病。试分析钢丝绳断裂的原因。
答案：冷拔钢丝由于有加工硬化（1分），故其强度较高，承载能力较强（1分）。当其被红热的鄂板加热时，当温度上升到了T再以上（1分]），会发生再结晶(2分)，再结晶后钢丝强度下降，不能承受鄂板重量，故会发生断裂（2分）。
16、判断钨板在1100℃加工变形时属于冷加工还是热加工，并指出它的组织和性能会有怎样的变化。（钨的熔点为3380℃）
答案：
钨的熔点：T熔＝3380℃＋273＝3653K；（1分）
最低再结晶温度：T再＝3653×0.4＝1461K=1188℃；（1分）
显然加工温度1100℃低于最低再结晶温度（0.5分），因此该加工属于冷加工（0.5分）。因而其组织的主要变化是随变形量增大（0.5分），原来的等轴晶沿变形方向逐渐压扁、
拉长，最后变为纤维组织（0.5分）。
其性能变化主要是产生“加工硬化”（1分）和“各向异性”（1分）。
变形镁合金的基础介绍 变形镁合金具有密度低、比强度和比刚度高、电磁屏蔽效果好、抗震减震能力强、易于机加工成形和易于回收再利用等优点，在航空工业、航天工业、汽车工业、3C产品,军工,装备制造，纺织机械，运动器材等领域的具有广泛的应用前景和巨大的应用潜力。 目前，镁合金的应用大多数是以模铸、压铸以及半固态成形等工艺来生产产品。这些镁合金工艺生产的产品，存在着组织部太致密、成分偏析，最小厚度偏大、力学性能偏低等缺憾，不能充分发挥镁合金的性能优势。塑性变形能够改善镁合金的组织和力学性能，大大提高镁合金的强度和塑性，同时，很多领域重要结构材料需要用的镁合金板材、镁合金棒材、镁合金管材和镁合金型材等只能用塑性成形工艺来制取，而不能利用铸造等工艺来生产。 由于镁合金晶体结构是密排六方（Hcp），塑性较差，成形困难，成材率低，加上人们对镁合金易燃、不耐腐蚀等缺点的过分夸张和错误的认识，导致变形镁合金没有得到大规模应用。 目前变形镁合金板材、型材以及锻件等生产仍集中在航空航天工业及军事工业等高端领域或部门，没有普及到民用工业领域。在当今社会节约资源和减少污染成为社会可持续发展战略的要求的背景下，急需加快研究步伐，转变观念，以推动变形镁合金在民用工业产品领域的应用。在此总结变形镁合金及成形工艺的成果，探讨变形镁合金及其成形工艺的研究方向和应用成果。 变形镁合金合金系 变形镁合金主要分为四个系列(美国标准)：AZ系列(Mg－Al－Zn)，AM系列(Mg-Al-Mn)，MgZnZr系列，MgMnRe系列。中国变形镁合金牌号为MB系列。 变形镁合金以AZ系应用最为普遍，其中又以MB2应用最为广泛。变形镁合金MB2的合金成分与AZ31B不同，其力学和成形性能比AZ31B稍差些。 新近研究开发的镁合金如：Mg—Li系合金，由于锂的加入，Mg-Li系合金成为最轻的变形镁合金，金属Li的密度只有0.53ｇ/cm3，用Li作合金元素，除降低密度外，Li的加入可以在合金中形成具有bcc结构的β相，显著改善变形镁合金的塑性，变形加工能力大大增强。在变形镁合金系中加入稀土元素后，如在Mg-Zn系合金中加入Y、Ce、Nd以及Re等元素，能够显著改善变形镁合金的耐蚀性和高温性能，形成新的合金牌号品种。 变形镁合金与铸造镁合金相比，变形镁合金具有更高的强度和塑性。 变形镁合金比重小、比刚度、比强度高的特点，广泛地应用在一些对重量特别敏感的手提工具、体育器材、航空航天、汽车等领域中。 随着新型镁合金及其成形工艺不断研究深入，变形镁合金的用途和应用范围将会不断扩大。
一、弹性和塑性的概念 可变形固体在外力作用下将发生变形。根据变形的特点，固体在受力过程中的力学行为可分为两个明显不同的阶段：当外力小于某一限值（通常称之为弹性极限荷载）时，在引起变形的外力卸除后，固体能完全恢复原来的形状，这种能恢复的变形称为弹性变形，固体只产生弹性变形的阶段称为弹性阶段；当外力一旦超过弹性极限荷载时，这时再卸除荷载，固体也不能恢复原状，其中有一部分不能消失的变形被保留下来，这种保留下来的永久变形就称为塑性变形，这一阶段称为塑性阶段。 根据上述固体受力变形的特点，所谓弹性，就定义为固体在去掉外力后恢复原来形状的性质；而所谓塑性，则定义为在去掉外力后不能恢复原来形状的性质。“弹性（Elastici ty）”和“塑性（Plasticity）”是可变形固体的基本属性，两者的主要区别在于以下两个方面： 1）变形是否可恢复 ．．．．．．．：弹性变形是可以完全恢复的，即弹性变形过程是一个可逆的过程；塑性变形则是不可恢复的，塑性变形过程是一个不可逆的过程。 2）应力和应变之间是否一一对应 ．．．．．．．．．．．．．：在弹性阶段，应力和应变之间存在一一对应的单值函数关系，而且通常还假设是线性关系；在塑性阶段，应力和应变之间通常不存在一一对应的关系，而且是非线性关系（这种非线性称为物理非线性）。 工程中，常把脆性和韧性也作为一对概念来讲，它们之间的区别在于固体破坏时的变形大小，若变形很小就破坏，这种性质称为脆性；能够经受很大变形才破坏的，称为韧性或延性。通常，脆性固体的塑性变形能力差，而韧性固体的塑性变形能力强。 二、弹塑性力学的研究对象及其简化模型 弹塑性力学是固体力学的一个分支学科，它由弹性理论和塑性理论组成。弹性理论研究理想弹性体在弹性阶段的力学问题，塑性理论研究经过抽象处理后的可变形固体在塑性阶段的力
镁合金的超塑性 梁冬梅周远富褚丙武 （中国铝业郑州研究院，郑州 450041） 摘要：综述了镁合金的超塑变形特点及晶粒细化对镁合金超塑性的影响,描述了镁合金的高应变速率超塑性和低温超塑性。指出镁合金超塑成形技术的发展将大大拓展其应用领域。 关键词：镁合金；超塑性；晶粒细化 The Deformation Mechanism and Superplasticity of Magnesium Alloys Liang Dong-mei Zhou Yuan-fu Chu Bing-wu （Zhengzhou Research Institute of Chalco，Zhengzhou 450041,China） Abstract：The characteritics of superplasticity and the effects of fine grain on superplasticity are described. High strain rate and low temperature superplasticity of magnesium alloys are reviewed. The developing of superplastic forming will enlarge the applications of magnesium alloys. Key words：magnesium alloys; deformation mechanism; superplasticity；fine grain 0 前言 镁是所有结构用金属及合金材料中密度最低的。与其他金属结构材料相比，镁及镁合金具有比强度、比刚度高，减振性、电磁屏蔽和抗辐射能力强，易切削加工，易回收等一系列优点，在汽车、电子、电器、航天、航空和国防军事工业领域具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景，是继钢铁和铝合金之后发展起来的第三类金属结构材料，被誉为“2l世纪绿色工程金属结构材料”[1]。 由于镁晶体为密排六方结构，镁基体的独立滑移系比较少，因此，镁合金的塑性加工能力较差，在很大程度上限制了镁合金的应用。因此必须采用锻压、轧制、挤压等变形方式获得更高的强度，更好的延展性，以拓展镁合金的应用[2]。 开发镁合金塑性加工工艺，提高镁合金作为结构件的综合力学性能，成为镁合金的发展动力[2]。在镁合金的成形工艺中超塑成形对于这类强度高而塑性差的材料是一种非常有优势的成形方式。目前研究镁合金的超塑性及其成形工艺具有重要意义，是镁合金研究当中极具先进性与挑战性的研究重点。 1 镁合金的超塑性 超塑性特征不仅意味着非常大的伸长率，还表现出非常低的流变应力，可实现复杂工件的一次成形，大大降低材料及能源消耗[4]。自从20世纪50年代发现金属超塑性以来，其研究发展很快，各国都十分重视超塑性的研究和应用，力图拓展其应用领域。 一般金属材料在实现超塑性变形时，必须具有细小的等轴晶粒，晶粒尺寸在10μm以下，此外，还必须满足较高的超塑变形温度（≈0.7Tm，Tm为材料熔点）和较低的应变速率(小于10-3s-1)条件[5]。而对于镁合金，近期的研究结果表明[3]：镁合金在较大晶粒尺寸（可达100μm）、较快应变速率（1×10-2s-1）和较低温度下（300～400℃）也能实现较好的超塑性，
镁合金塑性变形与断裂行为的研究 刘天模，卢立伟，刘宇 重庆大学材料科学与工程学院，重庆（400030） E-mail: haonanwa@https://www.doczj.com/doc/4a2775575.html, 摘要：通过室温压缩拉伸实验，研究了AZ31挤压镁合金的断裂失效机制。研究表明，在压缩破坏实验中有镦粗现象，金相显示沿粗大晶界处形成了大量的孪晶，部分孪晶界诱发裂纹源，裂纹沿晶界处传播，同时部分孪晶对裂纹起钝化阻碍作用，断口扫描表明属于韧脆混合断裂；在拉伸破坏实验中出现明显颈现象，金相显示沿拉长晶晶界处形成大量孪晶，孪晶和裂纹之间存在交互作用，断口扫描表明属于韧性断裂，同时显示出空洞形核诱发裂纹的机制。 关键词：压缩变形；拉伸变形；孪晶；断裂 中图分类号：TG 1. 引言 镁合金属于密排六方晶体结构，其轴比（c/a）值为1.623，接近理想的密排值1.633，室温滑移系少在室温塑性变形时，出现大量的孪晶协调其塑性变形，塑性变形能力差，容易断裂[1]。金属的断裂是指金属材料在变形超过其塑性极限而呈现完全分开的状态。因为材料受力时，原子相对位置发生了改变，当局部变形量超过一定限度时，原子间的结合力遭到破坏，便出现了裂纹，裂纹经过扩展而使金属断开。金属塑性的好坏表明了它抑制断裂能力的高低。在塑性加工生产中，尤其是对塑性较差的材料，断裂常常是引起人们极为关注的问题。加工材料的表面和内部的裂纹，以至于整体的断裂，都会使得成品率和生产率大大降低[2,13]。因此，研究镁合金塑性变形中的断裂行为和规律对于有效地防止金属成形过程中的断裂，充分发挥金属材料潜在的塑性有重要意义. 2. 实验内容 实验材料选用AZ31挤压材，挤压温度为300℃，挤压比为4.5，挤压速度为1mm/s，将挤压样加工成标准压缩样Φ7×14mm和标准拉伸样，并选此标准压缩样进行400℃保温2小时的退火，利用新三思万能电子试验机CMT－5150以1mm/min的速度沿挤压方向进行压缩和拉伸破坏实验；然后利用数码相机对失效后试样断口方向及断面进行拍照宏观分析；再对失效试样的压缩或拉伸方向进行金相显微组织分析；最后利用扫描电子显微镜对压缩和拉伸的断口形貌进行分析。 3．试验结果 3.1 挤压态压缩破坏样 3.1.1 断口宏观分析
变形镁及镁合金牌号和化学成分 （送审稿）编制说明 1 工作简况 1.1任务来源 随着当今世界对结构材料轻量化、减重节能、环保以及可持续发展的要求日益提高，镁合金产品展现出广阔的应用前景。镁合金具有密度低，比强度和比刚度高，电磁屏蔽效果好，抗震减震能力强，易于机加工成形和易于回收再利用等优点，在航空、航天、汽车、3C产品以及军工等领域都具有巨大的应用潜力。尤其是近几年来，国家新材料产业规划中，镁合金以其自身的优点更是作为十二五期间重点推广和应用的金属材料。 随着镁合金应用领域的不断拓展，新型镁合金的研究与投入应用也是层出不穷。其中具有典型意义的产品包括3C行业用超轻镁锂系列合金的研发成功，更是突破了镁合金原有的合金系列；镁合金稀土系高强耐热镁合金的不断深入研究，更是将镁合金的品种和应用推向了更高更广的领域。GB/T 5153-2003国家标准中规定的原有的合金牌号和化学成分已经无法满足新型镁合金生产、使用与发展的要求，修订和完善本标准势在必行而且迫在眉睫，镁合金行业的蓬勃发展需要一部完善的统一的国家标准对镁合金牌号与化学成分进行统一和规范。 国标委综合[201×]×××号文件及中国有色金属工业协会中色协综字[201×]×××号文件，下达了编制《变形镁及镁合金牌号和化学成分》国家标准的任务，并确定了东北轻合金有限责任公司为编写单位。 1.2 起草单位 东北轻合金有限责任公司（原东北轻合金加工厂）简称东轻公司，是作为“一
五”期间原苏联援建的156项重点工程中的2项建设发展起来的新中国第一个铝镁合金加工企业。2008年被国家有关部委认定为国家级高新技术企业。 东北轻合金有限责任公司现生产能力8.25万吨，生产《天鹅》牌铝、镁及其合金板、带、箔、管、棒、型、线、锻件和深加工制品等18类产品，228种合金，公司每年有10%左右的产品远销美国、日本、新加坡等16个国家和地区。 东轻公司现已装备各类铝镁加工设备7000余台套，其中有2000mm四重可逆式热轧机、1700mm四重可逆式冷轧机、50MN卧式挤压机等，以及从美国、德国、意大利等国引进的1400mm薄板冷轧机、1200mm和1350mm箔材轧机、16MN油压机等先进设备，其中从美国引进的40MN拉伸机是我国第一台铝合金厚板拉伸机。 目前东轻公司投资40多亿元建设改造项目，包括年产5万吨中厚板项目与年产15万吨高精板带材项目，已全部投入生产，东轻公司在铝加工行业的地位与竞争优势将进一步得到巩固和增强。 1.3 主要工作过程 2014年3月主编单位根据标准的起草原则和企业的一些内控技术指标及检验数据毫无保留的撰写了标准的草案稿，2014年3月26日～29日在扬州会议中心召开《变形镁及镁合金牌号和化学成分》国标的讨论会，与会专家对标准的讨论稿进行了认真、热烈的讨论，撰写了会议纪要，形成了征求意见稿。5月广泛征求相关单位意见，对标准进行修订，形成标准的预审稿。2014年11月3日～6日在宜兴凯宾斯基饭店召开《变形镁及镁合金牌号和化学成分》国标的预审会，与会专家对本标准逐条进行了讨论，提出了宝贵意见，撰写了会议纪要，形成了标准的送审稿。 2 标准制定的主要原则和依据
变形镁合金及其成形工艺 镁合金具有密度低、比强度和比刚度高、电磁屏蔽效果好、抗震减震能力强、易于机加工成形和易于回收再利用等优点，在航空、航天、汽车、3C产品以及军工等领域的具有广泛的应用前景和巨大的应用潜力。目前，镁合金的应用大多数是以模铸、压铸以及半固态成形等工艺来生产产品。这些工艺生产的产品，存在着组织部太致密、成分偏析，最小厚度偏大、力学性能偏低等缺憾，不能充分发挥镁合金的性能优势。研究和实践表明，塑性变形能够改善镁合金的组织和力学性能，大大提高镁合金的强度和塑性，同时，很多领域重要结构材料需要用的板材、棒材、管材和型材等只能用塑性成形工艺来制取，而不能利用铸造等工艺来生产，所以，变形镁合金及其成形工艺的研究越来越受到重视。 但是，由于镁合金晶体结构是密排六方（Hcp），塑性较差，成形困难，成材率低，加之人们对镁合金易燃、不耐腐蚀等缺点的过分夸张甚至是错误的认识，导致变形镁合金没有得到大规模应用，变形镁合金及成形工艺的研究没有引起足够的重视和深入的开展。目前变形镁合金的板材、型材以及锻件等生产仍集中在航空航天及军事等高端领域或部门，没有普及到一般民用领域。在当今社会节约资源和减少污染成为社会可持续发展战略的要求的背景下，急需加快研究步伐，转变观念，以推动变形镁合金镁在民用领域的应用。本文旨在总结变形镁合金及成形工艺的成果，探讨变形镁合金及其成形工艺的研究方向。 变形镁合金的合金系 变形镁合金主要分为四个系列(美国标准)：AZ系列(Mg－Al－Zn)，AM系列(Mg-Al-Mn)，AS系列 (Mg-Al-Si)，AE系列(Mg-Al-Re)。中国变形镁合金牌号为MB系列。几个主要工业发达国家的变形镁合金标准及牌号见表1所示。变形镁合金以AZ系应用最为普遍，其中又以MB2应用最为广泛。需要指出的是变形镁合金中MB2的合金成分与AZ31B不同，其力学和成形性能比AZ31B稍差些，介于AZ31B和AZ31C二者之间。 表1 变形镁合金牌号对照表
镁合金的分类及特点 镁合金的分类 镁合金是以金属镁为基体，通过添加一些其它的元素而形成的合金，镁合金中添加的合金元素主要有Al、Zn、Mn、Si、Zr、Ca、Li以及部分稀土族元素等[10]，一般说来镁合金的分类依据有以下三种：合金化学成分、成形工艺和是否含锆。 镁合金按合金化组元数目可分为二元、三元和多元合金体系。常见的镁合金体系一般都含有不止一种合金元素。但在实际中，为了分析方便，简化和突出合金中主合金元素的作用，可以把镁合金分为Mg-Mn、Mg-Al、Mg-RE、Mg-Th、Mg-Li 和Mg-Ag 等合金系列[11]。 ' 按合金中是否含锆，镁合金可划分为含锆和不含锆两大类。最常见的含锆镁合金系列为：Mg-Zn-Zr、Mg-RE-Zr、Mg-Th-Zr、Mg-Ag-Zr 系列。不含锆镁合金有：Mg-Zn、Mg-Mn和Mg-Al 系列。目前应用最多的是不含锆压铸镁合金Mg-Al 系列。含锆和不含锆镁合金中均既包含着变形镁合金，又包含着铸造镁合金。锆在镁合金中的主要作用就是细化镁合金晶粒。含锆镁合金具有优良的室温性能和高温性能。遗憾的是Zr不能用于所有的工业合金中，对于Mg-Al 和Mg-Mn 合金，由于冶炼时Zr与Al及Mn形成稳定的化合物，并沉入坩埚底部，无法起到细化晶粒的作用[12]。 按成形工艺镁合金可分为两大类，即变形镁合金和铸造镁合金。变形镁合金是指可用挤压、轧制、锻造和冲压等塑性成形方法加工的镁合金。铸造镁合金是指适合采用铸造的方式进行制备和生产出铸件直接使用的镁合金[11]。变形镁合金和铸造镁合金在成分、组织和性能上存在着很大的差异。目前，铸造镁合金比变形镁合金的应用要广泛，但与铸造工艺相比，镁合金热变形后合金的组织得到细化，铸造缺陷消除，产品的综合机械性能大大提高，比铸造镁合金材料具有更高的强度、更好的延展性及更多样化的力学性能[13]。因此，变形镁合金具有更大的应用前景。 主合金元素的作用 根据镁合金的强化效果，其合金的元素可以分为三类[14,15]： 1)既提高强度又提高韧性的合金元素，按作用效果顺序为： ( 强度标准：Al、Cn、Ag、Ce、Ga、Ni、Cu、Th；韧性标准：Th、Ga、Zn、Ag、Ce、Ca、Al、Ni、Cu； 2)强化能力较低，提高韧性的元素：Cd，Ti和Li； 3)强化效果较好，但使韧性降低的元素：Sn、Pb、Bi和Sb。 Mg-Zn-RE系合金的研究现状 Mg-Zn系合金 》 纯粹的Mg-Zn二元合金在实际中几乎没有得到应用，因为该合金的铸造性差，合金组织粗大，容易出现偏析和热裂等铸造缺陷，对显微疏松非常敏感。但Mg-Zn合金有一个最为明显的优点，就是可以通过时效处理来提高合金的强度。所以该合金的进一步的发展就是寻找新的合金添加元素，达到细化晶粒，使组织均匀化，减少合金显微疏松[1,16,17]。在Mg-Zn 合金中加入Cu元素，会使合金的韧性和时效硬化明显增加，这是因为Cu元素能提高Mg-Zn 合金的共晶温度，因而可在较高的温度固溶，使更多的Zn、Cu溶于合金中，增加了合金随后的时效强化效果[16]。Mg-Zn合金中引入Cu元素的缺点是导致合金的耐蚀性降低;Zr是对
变形镁合金的成形工艺（一） 镁合金与其他易成形金属一样，变形镁合金几乎可以用所有的金属塑性成形工艺来实现成形。成形原理相同，不同的是具体工艺参数的变化。 1、镁合金挤压成形工艺 典型的挤压成形工艺流程为：挤压坯生产→加热→挤压→矫直→热处理。 变形镁合金的加热温度一般不超过4000C，可用电炉加热挤压坯，一般不需要保护气氛。挤压温度为300~4000C之间。挤压截面收缩范围在10：1~100：1之间。在挤压过程中，由于大变形而产生大量的热量，需要采取冷却措施，以避免温度过高，出现热裂纹。 坯料挤压成型后进行热处理，可以获得细小而均匀的合金组织，去除残余应力，稳定形状和尺寸，改善其使用性能。 金属挤压工艺生产变形镁合金型材和管材目前在国内正趋向成熟，主要缺陷如裂纹、皱纹和扭曲等已经得到了很大的改善。 福建坤孚股份有限公司拥有先进的大型镁合金挤压成套设备，可以生产出符合中国国家标准和国际标准的镁合金板材、镁合金棒材和镁合金型材。目前，福建坤孚股份有限公司可以生产的挤压镁合金棒材型号是AZ31B、AZ91D、AZ61A、ZK60、ZK61等,直径?8mm-?130mm. 可以生产的型材合金牌号是AZ40M,AZ31B,ME20M,ZK61M。 2、镁合金板轧制工艺 变形镁合金板材的生产主要是通过轧制工艺来完成，铸造工艺已经被淘汰。轧制工艺流程如下： 铸锭铣面→铸锭均匀化→加热→开坯→板坯剪切→板坯加热→粗轧→酸洗→加热→中轧→中断或下料→加热→精轧→产品退火→精整→氧化上色→涂油包装。 福建坤孚股份有限公司生产的镁合金板材的轧制采用热轧方式，必要时进行中间退火。采用多道次、小压下量工艺进行轧制。一般厚度6.3-200mm的板材为厚板，厚度6.3mm以下为薄板。 （1）镁合金厚板轧制工艺 镁合金板坯在轧制前要在轧制面或侧面铣面并经过探伤检查。要求板坯内部组织均匀，晶粒细小，第二相分布均匀。采用带有空气循环的电阻链式加热炉加热，加热温度一般为450-5000C，加热过程中要使炉膛内温度分布均匀，避免局部高温。 在轧制过程中要保证轧制温度在2500C以上，确保镁合金具有良好塑性变形能力。镁合金厚度的组织和性能主要取决于终轧温度。随着终轧温度的提高，除伸长率增加外，抗拉强度和
可变形固体在外力作用下将发生变形。根据变形的特点，固体在受力过程中的力学行为可分为两个明显不同的阶段：当外力小于某一限值（通常称之为弹性极限荷载）时，在引起变形的外力卸除后，固体能完全恢复原来的形状，这种能恢复的变形称为弹性变形，固体只产生弹性变形的阶段称为弹性阶段；当外力一旦超过弹性极限荷载时，这时再卸除荷载，固体也不能恢复原状，其中有一部分不能消失的变形被保留下来，这种保留下来的永久变形就称为塑性变形，这一阶段称为塑性阶段。 根据上述固体受力变形的特点，所谓弹性，就定义为固体在去掉外力后恢复原来形状的性质；而所谓塑性，则定义为在去掉外力后不能恢复原来形状的性质。“弹性（Elastici ty）”和“塑性（Plasticity）”是可变形固体的基本属性，两者的主要区别在于以下两个方面： 1）变形是否可恢复 ．．．．．．．：弹性变形是可以完全恢复的，即弹性变形过程是一个可逆的过程；塑性变形则是不可恢复的，塑性变形过程是一个不可逆的过程。 2）应力和应变之间是否一一对应 ．．．．．．．．．．．．．：在弹性阶段，应力和应变之间存在一一对应的单值函数关系，而且通常还假设是线性关系；在塑性阶段，应力和应变之间通常不存在一一对应的关系，而且是非线性关系（这种非线性称为物理非线性）。 工程中，常把脆性和韧性也作为一对概念来讲，它们之间的区别在于固体破坏时的变形大小，若变形很小就破坏，这种性质称为脆性；能够经受很大变形才破坏的，称为韧性或延性。通常，脆性固体的塑性变形能力差，而韧性固体的塑性变形能力强。 二、弹塑性力学的研究对象及其简化模型 弹塑性力学是固体力学的一个分支学科，它由弹性理论和塑性理论组成。弹性理论研究理想弹性体在弹性阶段的力学问题，塑性理论研究经过抽象处理后的可变形固体在塑性阶段的力学问题。因此，弹塑性力学就是研究经过抽象化的可变形固体，从弹性阶段到塑性阶段、直至最后破坏的整个过程的力学问题。
第一章： 单向静拉伸试验：是应用最广泛的力学性能试验方法之一。 1）可揭示材料在静载下的力学行为（三种失效形式）：即：过量弹性变形、塑性变形、断裂。 2）可标定出材料最基本力学性能指标：如：屈服强度、抗拉强度、伸长率、断面收缩率等。 拉伸力－伸长曲线 拉伸曲线： 拉伸力F －绝对伸长△L 的关系曲线。 在拉伸力的作用下，退火低碳钢的变形过程四个阶段： 1）弹性变形：O ～e 2）不均匀屈服塑性变形：A ～C 3）均匀塑性变形：C ～B 4）不均匀集中塑性变形：B ～k 5）最后发生断裂。k ～ 第二章： 弹性变形：当外力去除后，能恢复到原形状或尺寸的变形。 特点：可逆性、单值线性、同相位、变形量小 本质：都是构成材料的原子(离子)或分子从平衡位置产生可逆位移的反映。 弹性模量E ：是表征材料对弹性变形的抗力，工程称材料的刚度. E 值越大，在相同应力下产生的弹性变形就越小。 弹性模量是结构材料的重要力学性能指标之一。 影响因素：1、键合方式 2、原子结构 3、晶体结构 4、化学成分 5.微观组织 6.温度 弹性模量 E 与切变模量 G 关系：(其中： ν－泊松比。) 比例极限σp ：是材料弹性变形按正比关系变化的最大应力，即拉伸应力一应变曲线上开始偏离直线时的应力值。 弹性极限：材料由弹性变形过渡到弹－塑性变形时的应力，当应力超过弹性极限σe 后，便开始产生塑性变形。 （比例极限σp 和弹性极限σe 与屈服强度的概念基本相同，都表示材料对微量塑性变形的抗力，影响因素也基本相同。） 弹性比功ae ：（弹性比能、应变比能）表示材料在弹性变形过程中吸收弹性变形功的能力。一般用材料开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。 物理意义：吸收弹性变形功的能力。 几何意义：应力σ -应变ε曲线上弹性阶段下的面积。 欲提高材料的弹性比功：提高σe ，或降低 E 2E G ν=（1＋）
一、弹性与塑性的概念 可变形固体在外力作用下将发生变形。根据变形的特点,固体在受力过程中的力学行为可分为两个明显不同的阶段:当外力小于某一限值(通常称之为弹性极限荷载)时,在引起变形的外力卸除后,固体能完全恢复原来的形状,这种能恢复的变形称为弹性变形,固体只产生弹性变形的阶段称为弹性阶段;当外力一旦超过弹性极限荷载时,这时再卸除荷载,固体也不能恢复原状,其中有一部分不能消失的变形被保留下来,这种保留下来的永久变形就称为塑性变形,这一阶段称为塑性阶段。 根据上述固体受力变形的特点,所谓弹性,就定义为固体在去掉外力后恢复原来形状的性质;而所谓塑性,则定义为在去掉外力后不能恢复原来形状的性质。“弹性(Elasticity)”与“塑性(P lasticity)”就是可变形固体的基本属性,两者的主要区别在于以下两个方面: 1)变形就是否可恢复 ．．．．．．．．:弹性变形就是可以完全恢复的,即弹性变形过程就是一个可逆的过程;塑性变形则就是不可恢复的,塑性变形过程就是一个不可逆的过程。 2)应力与应变之间就是否一一对应 ．．．．．．．．．．．．．．:在弹性阶段,应力与应变之间存在一一对应的单值函数关系,而且通常还假设就是线性关系;在塑性阶段,应力与应变之间通常不存在一一对应的关系,而且就是非线性关系(这种非线性称为物理非线性)。 工程中,常把脆性与韧性也作为一对概念来讲,它们之间的区别在于固体破坏时的变形大小,若变形很小就破坏,这种性质称为脆性;能够经受很大变形才破坏的,称为韧性或延性。通常,脆性固体的塑性变形能力差,而韧性固体的塑性变形能力强。 二、弹塑性力学的研究对象及其简化模型 弹塑性力学就是固体力学的一个分支学科,它由弹性理论与塑性理论组成。弹性理论研究理想弹性体在弹性阶段的力学问题,塑性理论研究经过抽象处理后的可变形固体在塑性阶段的力
变形镁合金AZ31的织构演变与力学性能 镁合金作为一种新型轻质金属结构材料,在汽车制造、通讯电子、航空航天等工业领域具有广阔的应用前景。由于镁是密排六方（HCP）结构材料,其塑性变形在室温下仅限于基面{0001}<11（?）0>滑移及锥面{10（?）2}<1011>孪生,因此,镁合金的室温塑性加工能力较差。 目前大多数镁合金制品的加工局限于铸造,特别是压铸成型,然而,铸件的力学性能不够理想且容易产生组织缺陷,极大地限制了镁合金的应用范围。变形镁合金在铸造后往往通过热变形方式（如挤压、轧制等）细化晶粒、改善合金的组织结构来提高合金的力学性能。 与铸造镁合金相比,变形镁合金的综合力学性能优异;但常规变形镁合金在热变形后一般会产生强烈的{0002}基面织构,而该织构的存在是导致变形镁合金低的室温塑性和高的各向异性的主要原因。良好的室温塑性是变形镁合金广泛应用的前提之一,而如何通过织构控制及晶粒细化法有效地改善和提高镁合金的室温塑性成为变形镁合金工业发展中的重要方向。 针对上述问题,本论文开展了如下研究工作:（1）铸态纯镁热轧变形过程中{0002}基面织构的演变规律;（2）异步轧制AZ31镁合金板材的形变织构及退火织构;（3）非对称热挤压AZ31镁合金板材的显微组织、织构特征及力学性能;（4）晶粒尺寸及织构对AZ31镁合金室温压缩变形行为的影响。主要结论如下:铸态纯镁在400℃热轧过程中发生了明显的动态再结晶,伴随晶粒细化和{0001}基面织构的形成。 随着轧制道次的增加,晶粒逐渐细化,晶粒大小趋于均匀,孪晶数量减少;织构由初始态的无规则取向逐渐转化为{0002}基面织构,且基面织构的强度随着热
引伸计在金属拉力中的作用 如果需要做σ0.2，就需要引伸计。一般结构钢机械性能试验不用引伸计。引伸计一般用于屈服强度台阶不明显的材料。不要引伸计的拉伸曲线，是把标距以外的变形等干扰都包含进曲线了。试验的可靠性或称准确性值得商榷。用引伸计才是最准确的。引申计的量程小，一般用在屈服和屈服之前使用，如在屈服后继续使用，会损坏引申计，引申计用来测量弹性模量，如用一般的差动编码器测量，计算结果会和真实的弹性模量差一个数量级，由标距造成的，引伸计在测量中精度高，但是量程小，所以一般试验机进行拉伸压缩试验都不用引伸计，除非测量弹性模量和要求很高的精度时，而一般试验，一般的差动编码器测位移精度足够,引申计是用来测量变形部分延伸率的，如果不用引伸计就不能得到应力-应变曲线，因为此时得到的应变把拉伸机齿轮空转及位移和非测试部分的位移都算上了。但是不用引伸计还是可以得到抗拉强度的，另外对于有屈服平台的材料也能得到屈服强度，但是对于没有屈服平台就是连续屈服的材料就没办法得到屈服强度了。关于引伸计除了通产所见的机械引伸计外目前比较流行的是激光引伸计，测试时有激光打在样品上作为测量位移的标定。应力-应变曲线
?标题：时效处理对变形镁合金延伸率的影响 ?作者：姜婷郭学锋马光杨文朋来源期刊：《钛工业进展》2008年第6期格式：PDF 页数：3页 ?摘要：对ZK60镁合金进行不同工艺的时效处理，分析时效工艺对组织和硬度的影响，同时研究了时效前后的延伸率变化。结果表明：时效处理后，随时效时间的延长和温度的升高，合金组织出现晶粒长大，强化相的扩散，溶解；在120℃，12h处理后，硬度提高43．44％，延伸率达到2 4．87％。 弹性模量 弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，其值越大，使材料发生一定弹性变形的应力也越大，即材料刚度越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变形越小。弹性模量E是指材料在外力作用下产生单位弹性变形所需要的应力。它是反映材料抵抗弹性变形能力的指标，相当于普通弹簧中的刚度。
变形镁合金的发展现状 摘要：本文介绍了变形镁合金的发展现状，介绍了变形镁合金的主要成型方式，包括镁合金高压扭转、多向锻造、轧制等、等通道转角挤压和连续挤压等剧烈塑性变形方式1, 2。分析了大塑性变形的原理，介绍了大塑性变形方式对变形镁合金晶粒细化和织构控制的影响。通过对现有镁合金大塑性变形研究结果的总结与归纳,得出了镁合金大塑性变形技术未广泛应用的原因所在,并指出开发生产效率高、成本低、工艺简单的一道次成型即可显著细化晶粒和控制织构的新型大塑性变形技术将会是未来变形镁合金领域中的研究重点3。同时介绍了镁合金大塑性变形挤压成形的几种方法，分析了这些方法的特点，并对镁合金大塑性变形挤压技术的前景进行了展望。 关键词：镁合金；大塑性变形；连续挤压 0 绪论 镁及其合金是实际工程应用中最轻的金属结构材料，具有密度低、比强度和比刚度高、阻尼减震性好、导热性好、电磁屏蔽效果佳、机加工性能优良、零件尺寸稳定和易回收等优点，成为航空、航天、汽车、计算机、电子、通信和家电等行业的重要新型料。镁合金的开发和应用存在着巨大的空间和潜力，正如著名材料专家Cahn所指出的，“在材料领域中还没有任何材料像镁那样存在潜力与现实如此大的颠倒4。”目前，压铸是镁合金成形的主要方式；但是压铸件力学性能较差，并且容易产生微小的气孔，因此阻碍了镁合金产品的进一步发展。变形镁合金因其良好的综合力学性能而受到了重视5。 1各种镁合金成型技术 1.1 高压扭转技术 高压扭转工艺通过压杆向放置在固定不动模具中的盘状材料施加很高的压力，同时压杆作旋转运动，从而实现扭转剪切变形。试样一般为圆盘状，尺寸较小，直径一般为10-20mm，厚度为0.2-1.5mm。在高压扭转过程中，盘状试样可以在高达几个Gpa的压力下发生扭转变形，而试样的尺寸不发生变化，因此在试样的外侧可以引入很大的剪切应变。由于材料的剪切应变是通过压杆的旋转来引入，因此剪切应变量的大小与材料所处位置的半径有关。通过高压扭转制备的材料存在从中心向外侧组织不均匀的现象。
新型超高强变形镁合金材料的研究开发与应用 推荐单位：中国有色金属工业协会 推荐奖种：技术发明奖 完成人：张奎（北京有色金属研究总院）；熊柏青（北京有色金属研究总院）；李兴刚（北京有色金属研究总院）；王献文（西南铝业（集团）有限责任公司）；李 永军（北京有色金属研究总院）；林海涛（西南铝业（集团）有限责任公司）项目简介： 镁合金具有比重轻、可回收、资源保障性好等优点，长期以来，其技术发展与应用得到了全世界的广泛关注。与一般的镁合金相比，稀土镁合金（Mg-RE合金）具有比强度高、耐热性好的优点，是镁合金领域的一个重要发展方向。历史上，国际上的研究工作一直集中在铸造Mg-RE合金方面，一些高性能铸造Mg-RE合金已在工业发达国家的汽车、军事等领域中获得了实际应用。随着应用领域对镁合金综合性能要求的不断提高，尤其是在一些对材料强度、延伸率、耐热性等要求更高的应用场合，铸造Mg-RE合金的综合性能已经不能满足使用要求，因此，迫切需要发展具有更高综合性能的变形Mg-RE合金产品与成套制备加工新技术。 本项目在国家科技支撑计划、973计划、国家配套计划等的支持下，从“十一五”开始，围绕超高强变形Mg-RE合金理论与技术，开展了全面的创新研发工作： 1、通过对Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Gd-Y和Mg-Gd-Y-Nd等稀土镁合金的固溶规律和原子间作用机制的系统研究，发明了Mg-Gd-Y-Nd-Zr新型超高强变形镁合金，并注册了合金牌号EW75，在新型合金EW75中首次发现了纳米尺度的、与基体完全共格的新型时效强化相，同时发现主要沉淀强化相β'相的结构为Mg7RE型而非Mg5RE型，揭示了新型合金材料超高强的机理； 2、发明了镁合金熔体的多级吸附过滤纯净化技术，设计并制造了大尺寸镁合金铸锭纯净化熔炼设备，并在工业化生产中实现规模应用； 3、基于合金微观组织和综合性能的全过程控制，成功开发出新型超高强变形镁合金大尺寸铸锭“多级均匀化处理＋多向锻压开坯＋直接挤压变形＋在线多级余热淬火＋预拉伸+直接峰时效处理”成套工艺技术，发明了锻压平砧在线加热装置，实现了大尺寸镁合金铸锭的近等温锻压变形，大幅度提高了材料性能的稳定性。 在本项目研究过程中，申请国家专利14项，其中发明专利8项和实用新型专利2项已获授权；注册了1个新型镁合金牌号，形成企业标准1项，发表科学论文36篇，其中22篇被SCI和EI收录。本项目成果已实现工业化生产，围绕我国最新型防空武器研制和生产制造的紧迫需求，近三年累计生产新型超高强变形Mg-RE合金制品1000余件，实现产值和销售额近500万元、净利润约50万元，在我国最新型防空武器弹翼系统获得实际应用，实
高塑性变形镁合金合金系简介 按成形工艺，镁合金可分为铸造镁合金和变形镁合金，两者在成分、组织性能上存在较大差异。 铸造镁合金主要用压铸工艺生产，其主要特点是生产效率高、可生产薄壁及形状复杂的构件，且铸态组织优良、铸件表面质量好、尺寸精度高。在合金中加入铝可强化镁合金并使其具有优异的铸造性能，为了便于压铸，铸造镁合金中的铝大于3%，同样为了降低热裂倾向，铸造镁合金中的锌含量不超过2%。铸造镁合金应用于汽车零件、机件罩壳和电器结构等。 与铸造镁合金相比，变形镁合金组织更细、成分更均匀、内部更致密，因此变形镁合金强度和延伸率均较高。第一次世界大战以来，变形镁合金获得了较系统地研究与发展，并形成系列的镁合金系。变形镁合金的板材、挤压材以及锻件等塑性加工产品在军用飞机、航空航天、赛车等领域得到了较多的应用。 目前镁合金形成了一个较完整的体系，但镁合金牌号还没有形成国际通用的标准。美国材料试验协会(ASTM)的命名方法应用更普遍一点，其命名方法是由“字母-数字-字母”三部分组成的命名系统。第一部分的二个字母表示两种主要两种合金元素，第二部分数字分别表示这两种元素含量的重量百分比，第三部分的字母是用来区分具有相同标称成分的不同合金。 暂不考虑镁锂合金，下面介绍具有密排六方结构的镁合金。 ①Mg-Al系 Mg-Al系合金一般属于中等强度、塑性较高的最常用合金系，它们具有良好的强度、塑性和耐腐蚀性等综合性能，而且价格较低。Mg-Al系合金中，部分AZ、AM、AE合金属于高塑性镁合金。Mg-Al-Zn系合金应用很广泛。它的主要特点是强度高，并具有良好的铸造性能。铝是该合金系中的主要元素，其主要作用是提高合金的室温强度，并赋于热处理强化效果。共晶温度(437℃)下，铝在镁中的溶解度为12.27%，100℃时溶解度为2.0%，因此可进行热处理强化。锌能提高合金的强度，改善合金的塑性，提高耐腐蚀性，但锌增加疏松和热裂纹的形成倾向。 AZ系中的AZ31、AZ61，具有良好的塑性、强度和耐腐蚀性等综合力学性能，AZ31和AZ61的延伸率能达到19%以上。常用Mg-Al合金铝含量小于10%，由于不平衡结晶，室温状态组织为α(Mg)+β(Mg17Al12)，β相随铝含量的增加而增多。在铝含量小于10%时，随着铝含量增加，固溶条件下β相可全部溶入α基体中，随Al量增加抗拉强度不断提高；伸长率则在3～8%范围内达到最大值。AZ合金在固溶处理条件下塑性较好,细小晶粒组织的塑性较好。在研究AZ31B合金的轧制时，发交叉轧制板材的塑性较好。 AM系列镁合金具有优良的韧性，用于经受冲击载荷、安全性要求高的场合。AM20压铸态下延伸率可达20%，AM50和AM60压铸态延伸率可达到15%，塑性均较好。对Mg-Al-Mn 三元镁合金，当锰含量小于1%时，室温状态组织为α(Mg)+β(Mg17Al12)+MnAl，随着锰含量的增加，组织中将出现脆性的β-Mn相，使塑性降低。 AE系合金具有较好的抗蠕变和耐热性能，其中有些合金塑性亦较好。AE42合金具有优良的综合性能，同时其铸态延伸率能达到17%，属于高塑性镁合金。 ②Mg-Zn系
、弹性和塑性的概念 可变形固体在外力作用下将发生变形。根据变形的特点，固体在受力过程中的力学行为可分为两个明显不同的阶段： 当外力小于某一限值（通常称之为弹性极限荷载）时，在引起变形的外力卸除后，固体能完全恢复原来的形状，这种能恢复的变形称为弹性变形，固体只产生弹性变形的阶段称为弹性阶段；当外力一旦超过弹性极限荷载时，这时再卸除荷载，固体也不能恢复原状，其中有一部分不能消失的变形被保留下来，这种保留下来的永久变形就称为塑性变形，这一阶段称为塑性阶段。 根据上述固体受力变形的特点，所谓弹性，就定义为固体在去掉外力后恢复原来形状的性质；而所谓塑性，则定义为在去掉外力后不能恢复原来形状的性质。弹性（Elasticity）”和塑性（Plasticity）”是可变形固体的基本属性，两者的主要区别在于以下两个方面：1）变形是否可恢复： 弹性变形是可以完全恢复的，即弹性变形过程是一个可逆的过程；塑性．．．．．．． 变形则是不可恢复的，塑性变形过程是一个不可逆的过程。 2）应力和应变之间是否一一对应： 在弹性阶段，应力和应变之间存在一一对应的单值函数关．．．．．．．．．．．．． 系，而且通常还假设是线性关系；在塑性阶段，应力和应变之间通常不存 在一一对应的关系，而且是非线性关系（这种非线性称为物理非线性）。 工程中，常把脆性和韧性也作为一对概念来讲，它们之间的区别在于固体破坏时的变形大小，若变形很小就破坏，这种性质称为脆性；能够经受很大变形才破坏的，称为韧性或延性。 通常，脆性固体的塑性变形能力差，而韧性固体的塑性变形能力强。 二、弹塑性力学的研究对象及其简化模型
弹塑性力学是固体力学的一个分支学科，它由弹性理论和塑性理论组成。弹性理论研究理想弹性体在弹性阶段的力学问题，塑性理论研究经过抽象处理后的可变形固体在塑性阶段的力学问题。因此，弹塑性力学就是研究经过抽象化的可变形固体，从弹性阶段到塑性阶段、直至最后破坏的整个过程的力学问题。 构成实际固体的材料种类很多，它们的性质各有差异，为便于研究，往往根据材料的主要性质做出某些假设，忽略一些次要因素，将它抽象为理想的“模型”。在弹性理论中，实际固体即被抽象为所谓的“ 理想弹性体”，它是一个近似于真实固体的简化模型。“理想弹性”的特征是： 在一定的温度下，应力和应变之间存在一一对应的关系，而且与加载过程无关，与时间无关。 在塑性理论中，由于实际固体材料在塑性阶段的应力-应变关系过于复杂，若采用它进行理论研究和计算都非常复杂，因此，同样需要进行简化处理。常用的简化模型可分为两类，即理想塑性模型和强化模型。 1．理想塑性模型 在单向应力状态下，理想塑性模型的特征如图 0.1 所示。理想塑性模型又分为理想弹塑性模型和理想刚塑性模型。当所研究的问题具有明显的弹性变形时，常采用理想弹塑性模型。 在总变形较大、而且弹性变形部分远小于塑性变形部分时，为简化计算，常常忽略弹性变形部分，而采用理想刚塑性模型；另外，在计算结构塑性极限荷载时，也常采用理想刚塑性模型。 2．强化模型 在单向应力状态下，强化模型的特征如图 0.2 所示。强化模型又分为线性强化弹塑性模型、线性强化刚塑性模型和幂次强化模型三种。