黄石锻造镁合金镁合金铸件

镁合金应该是工程应用中轻的结构金属材料，但目前它们在重要领域的实际利用并不令人满意。镁合金在室温下强度低，塑性差，直接限制了其大规模工业利用。实现商用镁合金的强度-延展性协同作用对于制造镁合金承重部件具有重要意义。近年来，可以使用严重的塑性变形（SPD）工艺来获得超细或细晶粒结构，从而提高金属的强度。Koch提到通过高压扭转（HPT）工艺和等通道角压（ECAP）工艺生产的超细晶粒尺寸金属实现了高强度。研究显示，在Mg-Gd-Y-Nd-Zr合金经过6次多向锻造（MDF）后，平均晶粒尺寸从200 μm减小到5.1 μm，屈服强度（YS）、极限抗拉强度（UTS）和失效伸长率（EF）显著增强。在SPD方法中，MDF工艺可以开发大尺寸钢坯，同时具有成本低，操作简单的优点。

大量研究集中在广泛使用的AZ系列镁合金的MDF工艺上，包括AZ80，AZ31，AZ61和AZ91合金。AZ80合金应该是工业中常用的商用镁合金之一。AZ80合金的开发成本低，因为没有添加稀土（RE）元素。张金龙等人在400 °C下通过24次MDF制备了极限抗拉强度为333.8 MPa，失效伸长率为17.8%的AZ80合金块，并表明由于锻件之间的加热，在MDF后期锻造道次增加，微观组织不会继续细化。周小杰等在初始锻造温度为360 °C，累积应变为1.8的情况下，用MDF制备了极限抗拉强度为388 MPa，失效伸长率为6.8%的AZ80合金。他们发现广泛的动态降水加剧了随后的老化效应。迄今为止报道的大多数MDF工艺都是在高温下进行的，因此可以实现更大的累积应变。然而，对于商用镁合金，如果不添加稀土元素，由于广泛的动态再结晶（DRX）和动态恢复（DRV）等软化机制，很难通过高温MDF开发高强度样品。一些学者提出了可以在室温下通过MDF开发的商用镁合金。Miura等研究了室温下MDF对挤压AZ80合金力学性能的影响，由于晶粒细化从20 μm到0.3 μm，MDF制备的 AZ80样品的屈服强度达到530 MPa，极限抗拉强度达到650 MPa。但报告的屈服强度和极限抗拉强度是真实应力，通常，锻件的强度是使用工程应力评估的。该过程只能通过一次锻造过程中的非常小的应变来实现，从而限制了其工业用途。此外，镁合金由于其可锻性差，在室温下锻造时容易开裂。

镁主要被铝和钢铁生产商用作生产汽车部件和其他产品的关键合金元素。总之，合金化占全球镁需求的50%以上。

除了合金之外，镁的下一个主要市场是近净形铸件的生产。例如，镁是用于生产结构性方向盘框架的常用材料之一，主要是因为它易于高压压铸(HPDC)[2]。转向柱的圆形形状固有刚性，弥补了镁的低刚度（模量）。镁合金在能量吸收方面也表现良好，这是在车辆碰撞中为乘客提供保护的主要要求。此外，镁具有良好的减振特性，这对客户的舒适度至关重要，而这也是客户如何看待汽车质量的一个主要因素。

镁合金的密度较低，约为铝合金的2/3，钢铁的1/4，因此它是一种非常轻量化的材料，适用于那些对重量要求较高的应用。


它在轻量化的同时具有较高的强度，使得它在许多工程领域可以代替传统材料，提高结构的强度与稳定性。

它具有的导热性和导电性，适用于一些需要散热或导电性能的应用，电子设备或汽车零部件。

它具有较高的比强度，即单位质量下的强度较大，使其成为航空航天、汽车工业等领域轻量化设计的理想选择。


它不仅具有高强度，而且其刚度也较好，这使得它在一些对结构刚度要求较高的应用中表现出色。

它具有较高的强韧性，即在承受一定载荷的情况下不易发生断裂或变形，这使得它在高应力场合下表现出色。

由于镁合金的低密度特性，使用它可以大幅降低结构重量，进而减少能源消耗、提高运载能力，具有显著的节能环保效果。镁合金的加工性能良好，易于进行切削、钻孔和车削等加工操作，有利于制造复杂形状的零部件。
镁合金可以通过压铸、挤压、锻造等多种成型方法，实现复杂形状零部件的大规模生产。镁合金在高温下依然具有良好的塑性和抗变形性，有利于热加工和成形。

科学家和工程师通过添加合金元素或进行表面处理等方式，有效改善了镁合金的腐蚀性能，使其适用于更广泛的应用场景。


镁合金是一种环保材料，它可以与环境中的氧气和水进行反应，生成氧化镁和氢气，不会产生对环境有害的废弃物。镁合金具有很好的可回收性，对于节约资源和保护环境具有积极意义。

它作为轻量高强的未来材料之选，具有诸多优势，包括高强度与轻量化优势、良好的加工性能和成型性，以及其耐腐蚀性与环保特点。

这些优势使得镁合金在航空航天、汽车工业和医疗设备等领域拥有广泛的应用前景，同时也为材料科学领域的研究者带来了新的挑战和机遇。
航空航天器的发动机和动力系统工作在高温环境下，因此材料需要具有良好的高温稳定性和抗氧化性。航空航天工业要求材料具有的耐磨性和疲劳寿命，以确保航空器和航天器的长期可靠运行。

镁合金常用于飞机的机身结构，如机身壁板、梁和框架等。由于镁合金的轻质化优势，它可以减轻飞机的整体重量，提高燃料效率和飞行性能。

它也被广泛用于飞机的起落架系统。镁合金具有的强度和耐腐蚀性，在起落架中可以承受高压和冲击载荷，同时也能应对复杂的环境条件。