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。
镁的弹性模量(刚度)均为45 吉帕(GPa)。相比之下,铝为69 GPa,钢为190-210GPa。许多部件的刚度有限,这是镁需要克服的一个重大障碍。低刚度材料需要更大的横截面才能达到相同的性能。这通常会导致成本增加和部件尺寸变大,从而使部件难以安装在车辆内的允许空间(称为封装空间)中。组件成功案例是刚度来自组件固有几何形状的设计,例如车轮或汽车中控台下方的U 形内部结构。
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。