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純鎂的強度低，即使是工業(yè)純鎂也如此，而且塑性與加工成形性能差，不能作為結(jié)構(gòu)材料使用，必須想方設(shè)法改變它的這種不盡人意的本性，提高它的這些性能，使它能為人類社會的進步與人們生活水平的提高作出更大的貢獻。研究表明，通過常用的純金屬物理冶金措施，也可在很大程度上提高純鎂與改善它的物理、化學(xué)、力學(xué)與工藝性能，盡管效果并不如鋁及銅的那么大，造成差別的主要原因，在于它們的本性不同，鋁與銅為面心立方晶體結(jié)構(gòu)，而鎂的晶體結(jié)構(gòu)為密集六方。金屬及合金的常規(guī)強化方法有：合金化、壓力加工、熱處理、晶粒細化、添加增強材料等，這些方法可以單獨運用，也可以組合運用，都可以大大提高純金屬的力學(xué)性能，或使某些性能得到改善。通常，鎂及鎂合金的強化措施：固溶強化，沉淀（析出）強化，彌散強化，細晶強化，形變強化，復(fù)合強化等。
固溶強化即是向鎂中添加可固溶于鎂的合金化元素如鋁、鋅等，由于合金元素和基體元素鎂的原子半徑和彈性模量的差異，鎂的晶格會產(chǎn)生相當大的畸變，引發(fā)應(yīng)力場，阻礙位錯運動，從而使基體強化，提高材料的力學(xué)強度。由此可見，溶入的溶質(zhì)原子越多，也就是說它的濃度越大；溶質(zhì)與溶劑鎂原子半徑和彈性模量相差越大，合金的強度性能也越高。 沉淀（析出）強化 此種強化是提高鎂合金強度性能特別是室溫強度的主要機制。在合金中若合金元素如鋁與鋅的固溶度隨著溫度的下降而減少，便可以產(chǎn)生時效強化。將這類鎂合金在高溫下加熱一定時間即進行固溶處理，就可以獲得含鋁和/或鋅過飽和的鎂固溶體，然后在較低的溫度（175℃~200℃）進行時效處理，可從固溶體內(nèi)析出彌散的沉淀相，產(chǎn)生時效強化作用。時效強化效果大小決定于：析出相質(zhì)點直徑、形貌、硬度與基體間界面的性質(zhì)等。較為理想的狀態(tài)：析出質(zhì)點細小，在基體中分布均勻，在晶體上與基體的共格，在溫度升高時不會長大或不易粗化，如果能形成類似于可熱處理強化的鋁合金中的GP區(qū)的原子聚集團則更好。 彌散強化 在鎂合金熔體凝固過程中形成的彌散相與從固溶中析出的沉淀相不同，它們有相當高的熔點，在鎂基固溶體中的溶解度極低，因而在熱力學(xué)上很穩(wěn)定。在這種彌散強化的鎂合金中，當合金發(fā)生塑性變形時，彌散質(zhì)點阻礙位錯運動，因而合金在較高的溫度仍具有相當高的強度。 細晶強化 不管什么合金，晶粒細小材料的性能特別是力學(xué)性能總比粗大晶粒材料的高，因此，細化晶粒也是提高鎂合金力學(xué)性能的有效措施。細化鎂合金晶粒的主要方法：向熔體中加鋯，增加異質(zhì)晶核；采用快速凝固。細化鑄造組織具有相當大的強化效果。鎂及鎂合金的晶粒細化劑除鋯外，還有稀土RE、鈣Ca、鍶Sr、硼B(yǎng)、C2Cl6等，用C2Cl6可以同時達到除氣和細化晶粒的雙重效果，向AZ31鎂合金熔體加入C2Cl6，可形成作為異質(zhì)晶核的Al-C-O化合物質(zhì)點。AZ31合金經(jīng)C2Cl6變質(zhì)處理后，晶粒尺寸由280μm減少到120μm，抗拉強度明顯提高。熱加工等塑性變形也能細化鎂合金晶粒。 塑性變形強化 鎂、鎂-鋁合金、鎂-鋁-鋅合金、鎂-鋅-鋯合金等都可以通過熱塑性變形細化晶粒，它們在熱擠壓、軋制時會發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶，可使晶粒得到細化；等角擠壓可使鎂合金得到細小的晶粒組織，AZ31合金在160℃~223℃等角擠壓后的晶粒尺寸為0.5μm~3μm。 復(fù)化強化 向鎂及鎂合金中添陶瓷顆粒、纖維或晶須等增強相可顯著提高它們的強度、彈性模量，改善它們的耐磨性能和提高高溫強度與抗蠕變性能等，鎂基復(fù)合材料有著廣泛的應(yīng)用前景。 |
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