变形镁合金的研究与应用

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1、变形镁合金的研究与应用一、研究的必要性随着人类文明依赖的部分金属、能源矿产资源趋于枯竭，人类对生存环境恶化的日益关注，降低能源消耗，提高能源利用率，减少环境污染，开发利用新型材料能源，保证人类文明的可持续发展成为当今世界面临的十分重要而紧迫的问题。镁是地球上储量丰富的轻金属元素，镁合金作为最轻质的商用金属工程结构材料，具有比强度和比弹性模量高、阻尼吸震降噪性能优越、铸造成型性好、机加工和表面装饰性能良好、易于回收利用等特点，被誉为“21世纪绿色结构材料”，成为汽车、摩托车等交通工具、计算机、通讯

2、、仪器仪表、家电、轻工、军事等行业的重要选材。我国是镁资源大国，可利用镁资源储量占世界的70%。目前，我国原镁产量居世界首位，占全球产量的40%。由于国内还没有形成镁加工产业体系，应用领域的开拓更为滞后。2000年全国原镁产量约为20万吨，其中80%以上作为初级原料低价出口。该现状致使我国镁工业在发展中迅速转变为依赖廉价出口低附加值原材料的工业，浪费了国家宝贵的自然矿产资源。为了将我国的镁资源优势化为技术和经济优势，推动我国镁资源的合理开发利用，国家已将“镁合金应用及产业化”列为“十五”攻关项目

3、重大专项，在“863”科技计划中将“先进镁合金及应用技术”列为新材料技术领域“高性能结构材料技术”专项的重点专题。镁合金产品的加工和应用在国际上近几年刚刚形成需求市场，主要市场在欧盟、北美、日本和韩国等地方。就镁合金产品国际市场需求来看，市场容量大、层次多，特别是变形镁合金产品具有较大的市场潜力。目前，世界各国均十分重视变形镁合金的研究与开发，将变形镁合金产品的加工视为一个国家有色金属加工水平的重要标志。目前，中央在世纪之交作出了“西部大开发”的战略决策，旨在利用西部资源丰富、地域广阔的优势保持

4、国民经济的稳定高速增长，推动国家经济的平衡发展。这给西部发展提供了千载难逢的历史机遇。在这一政策和重庆市政府、各科研研究院所等的相互配合和积极努力下，我市近两年来围绕着镁合金应用技术的研究和新产品的开发开展了系列工作，取得了令人可喜的成效，试制生产了十几种镁合金板、管、型材、研发力度的步伐均已走在了国内其它省市的前列。尽管如此，还应配合国家“十五”攻关，“863”8科技计划，加大变形镁合金的研发力度，开发出高性能的变形镁合金产品，从而实现产品的更新换代，实现传统产业的改造，进而推动我国镁资源的合

5、理开发利用，实现我国从一个镁资源大国转变为一个镁技术、镁产品大国。二、变形镁合金的特点镁属于密排六方结构，与面心立方的铝相比，其晶体的塑性变形能力相差悬殊。面心立方晶体有12个滑移系，具有很高的塑性。密排六方晶体在室温下只有1个滑移面（0001），而滑移面上只有3个滑移方面，其塑性比面心和体心立方晶体都低，塑性变形需要更多地依赖于孪生来进行。同为密排立方结构的金属，若轴比(c/a)不同，晶体的塑性变形能力也存在着很大的差别。镁的轴比较低，在受拉应力作用时，滑移仅产生在基面与拉力方向相倾斜的晶体内

6、，但由于晶体最终要转向与拉力方向相平行，因此滑移的过程将会受很大的限制，而这种取向下孪生很难发生，所以晶体很快出现脆性断裂。但镁在受压应力时，一旦滑移面趋向平行于受力方向，镁晶体中的滑移系虽然停止运动，但外力的持续增加又会导致孪生的发生，而孪晶内由于晶体取向的变化，滑移面不再平行于受力方向，原有的滑移系又会继续启动。所以，镁在受压应力作用时，能表现出较好的塑性，因而适合轧制、挤压、锻造和冲压等压力加工方法成形。变形镁合金的塑性变形仍保持纯镁的特性，即在常温下只有(0001)与作用力方向有适宜的取

7、向时方产生滑移。当温度高于200℃，由于出现了新的滑移面，塑性才显著提高。与铸造镁合金相比，变形镁合金在组织上更细、成份上更均匀、内部更致密，因此变形镁合金比铸造镁合金具有高强度和高延伸率等优点。三、变形镁合金的研究现状由于变形镁合金具有一系列显著的特点，因此从第一次世界大战以来，变形镁合金的板材、挤压材以及锻件等加工产品在汽车运输、电子、军工、航空航天等领域内得到了大量的应用。与此同时变形镁合金也获得了较系统地研究和发展。1.国外变形镁合金发展现状与趋势前期，镁合金的研究开发主要是在压铸镁合金

8、领域。近期，对变形镁合金的开发，国外给予了很大重视，合金向系列化发展，各工业发达国家都建立了自己的合金系列。经过几十年的发展，其合金系虽不如铝合金那样丰富，但也形成了一个较完整的体系。基于Battelk×Memorial研究所在20世纪30年代以及40年代早期广泛的研究工作，60年代开发了b体心立方的镁合金LA141A和LS141A8，并以板材、挤压材和铸件形式生产，主要用于航空和军事领域。由于锂的加入，镁由密排六方结构转变成体心立方结构，使合金在较低温度下具有延展性，更易于加工，因此在变形镁合