镁合金的强化机制

镁合金的强化机制

T业纯糕的力学性能很低.宜温理性徂差*不能宜按用作结构材料.適过合金化、变晤与热处理=晶純细化以及陶晝瘢轮作为增强押勾钱台需0合等方法的券合运用，俵合金的力学性能将会得到KAfiffi的捉高，檢合金的强化通常有以下几种邀径*

L11園溶fit理

固陪强化是利用点録陥对位错运动的IEPJ柞用便金属墓体获御01化的一种方曲】・当合金元素固溶于某金眞基体中，由于舎金元巔与基本元秦的原了半縊与弹性愼直的羌异’而便莖体产生站格筒5L由毗产生的应力场会阻碍悝惱的运动.从丽严般慟落强化*具协的方式是通过在金属堆体中融入一种或故种涪成元素冊成固辭体而惶侖屈的强度.陨度提髙.如朴用溶入Cu的荃体中，得到的固轉体的叢度就高于纯钢的强度•幣慣与溶剂廉「半径棚弧性鹽“差5#腿大.所产生的强化皴奧捶大.表1-3列出了部井合金元靠奁镁中固昭壓【叭

A IT样分合介尢素虚4中拘H）況zt*

元素

用溶度

相系转交3处悼尔分

《L%

頂逼分数/%

Ag 3.815,0共晶471

Al11.812.7共晶437

Cd100100八析■

Gd 4.5323.69共晶54«

Li17.0 5.5共品588

Mn 1.022包晶652

Nd13共品552

Y 3.7512.5共晶565

Zn 2.4 6.2共崩347

Zr 1.0 3.3包晶653

13.2第二相粒于强化

页二相粒于强化可分为沉淀强化和弥散强化：沉淀强化即町效彊化•因获得第二相粒子的工艺不同，第二相粒子强化有不同的名称：①酒过相变热处理获得的，林为析出硬化、沉淀強化或时效强化：②通过粉末烧结或内氧化敬御的.称为號散强化㈢.冇时也不加区別的混称为分做强化或粒子张比.合金产生时效强化亦須满兀一•定条件.即合令元素在基体中的迥溶度下降而彼少.时效可强化的合金在a单相区长时何保温，可以使铸态合金中分称在詁界或胡内的第二相分解，合金元素原子分布于基体抽格，如果此时以较大的冷却速愷（如水冷）使合金冷却到室温，即可御到过饱和固溶体.过饱和固陷体在a十"两相区适当温度下进行长时间时效处理，过诲和固溶体将会分解成为a基体和沉淀郴"弥敢分布的沉淀相粒子阴碍位错运动从而提髙合金强度。強化效果与沉淀相的密度、穩定性、陵度以及与墓体2间界面关系等密切相关.弥效强化机制与沉淀强化类似，对于铸侥冶金而言.弥散强化粒子在籲固过程中产生.通常具冇较高的熔点和稳定性.

1.3.3细晶强化

晶界是位钳运动的障禺，骷界附近的应力矢中能渝活更多的滑移癢，从而协関合金的

整体变形，使合令亜度和塑性提奇。也包尺寸减小，晶界就变多，位锚

被阳滞的地方也就增名，名品体的强度就会提嵩。屈服强度与晶粒尺寸之何的关系可由Hal】-Pcuh 【9.io咲系式给出；

*

式申：a r为晶体材料的屈服强度，%为该材料单晶体屈服强度，K为编率（不呵合金貝有不同K值）・d为品检尺寸.锲合金是密排六方结构.品体对称性较低，室温下潸移系少，PDoh斜率值水很大.为280・320M&“f, 是面心立方晶体和体心立方晶体结构金风K值的数倍■因此，细化晶粒能够更有效的提高钱合金強度.

另一方面，室温下镁合金裂性左.駛性成形因难，细化晶粒能够较大地提高镁合金塑性.改变镂合金晶体給构如轴比（c/J在理论上是可以提高馁合金的塑性，降低钱合金的晶铀比能澈活楼杜面滑移系，从而提高钱合金幼性.曾有许多硏究者川•⑵通过添加合金阮素Li、Ag等来实现这-冃标，但效果并不好。能够同时提髙議合金强度和塑性的用佳方法就是细化品粒，镁合金羽粒细化的途径主要有两种，一种是加入晶粒细化剂，如RE、Zr、Ca、Sr等：另一种足热型性变形，逋过动态再结"细化品粒.

综上所述，获得细小紺细的品粒是获得侖强髙韧镁合金的关键•钱合金可以通过变质处理、热加工、塑性变形和快速股固等细化晶粒.

1.3.4形变强化

形变强化也称为加工醱化卩％参晶体的塑性变形将导致金翊的机械、物理及化学性能的改变.晰着变形程度的增大，变形抗力的所有指标郁增大，而韻性播标降低，同时还便电阴升嵩、抗腐蚀性和导热性F囱，铁童金購的磁杵能也发生变化尊。金WAS性变形过程中产生这些机械性能和物理化学性能变化的綜合现禺，叫做加T麼化.加1硬化现象有其更耍的实际意义.从金凤变形的角度来看，如果金属仅仃塑性变形而无加工换化，就难以得到哉而均匀一致的冷变形. 这是囲为恥里有变形.哪单就有磴化.从而使变形分布到英他暂时没有变形的部位上去.这样反复交H的给采，就使产品截面的变形趋于均匀.从改善金届材料性施的角度来看，加工硬化圧重要T段之一°待别足对那些用-般热处理手段无法使其强化的无相变的金届材料，加T便化是更加車要的强化手段・加工硕化也有梵不利的一血，如在冷轧、冷拔等冷加工过程中・由于变形抗力的升高和塑性的下降，往往使继续加工发生困恭，需在工艺过遅中增加退火JJT.

1.3.5织构强化

在外加应力作用F,乩体材料先发生獺性变 形,而后发生塑性变形。晶体材料发牛塑性变形的 条件是其应力状念滿足用服准则。作用在晶体材料 上的外力，不管其在慾个晶体材料匕处于什么样的 方位，对于某一品面.都可以分解为垂夷于该晶面 的止应力籾平行于该晶面的剪切应力.止血力兴会 导致材料断裂.时那性变尼起不到作用，晶体材料 的塑性变形腿剪切应力作用的结果•耍便材料的乩 面沿一定方向发生滑移必须娈满足一定的条件，即 滑移面上沿着某滑移方向上的剪切应力分童达到 一定值。滑穆开动必须达到-淀的餌切应力值，林 为材料的岭界剪切应力（Critical Resolved Shear Stress. CRSS ）⑹"

如图1・2所示，在圆柱形单晶体轴向怖加拉力 P ,设单品

体的横截曲积为X,滑移面法向与拉 力P 的夹角为淆移方向与拉力P 的夹轴为久.则拉力P 在淆移面上沿滑移方 向的剪切应力丫值为

式中，。是作用在单晶体横裁面上的正应力.y 达Ii/ao 切应力匚（晶 体材料的本征参数）时，晶体开始滑移，老观上表现即为屈槪，材料开始塑性变 形.此时的拉伸正应力即为爪品体材料的皿眼扱跟•公式（1-2）可写h 匕

r r =

0久8“为Schmid 因子，表征滑移由和滑移方向与外力的取向关系.上 式称为Schmid 定律•可以证明，朮晶体试样在承受单向载荷的情况下，当匕E4 时.a-.JRM 小值・即在此方向上施加外力时，材料蜡容舷生滑移而产生塑性 变形.液观为锻小的屈服强度值.这种取向称为软取向.当人或♦为M2吋， Schmid 因子为零.无论厂収值如何，叭都为无力大，材料左外力作用下不能产 生滑榕，表现为最髙屈服暹度值，这种取向称为硕取向.根据晶体材料的这-特 征，可利用织构对金属进行强化，称为织构强化或几何強化.

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6卜2单晶依轴伤 ji

伸时的应力分解图

(1-4)