多向锻造对AZ80镁合金组织与性能的影响(2)
1.2 镁合金发展和应用
1.2.1 镁合金发展与应用
镁的密度只有1.78g/cm3，为铝的2/3，钢的l/4，由于镁合金不仅合金密度小、比强度和比刚度高，同时具有良好的导热性、机加工性能和电磁屏蔽能力的优点，因而在航空、航天、汽车等行业应用历史悠久[1]。但是由于材料本身结构方面的限制，其应用范围仍不够广泛。
随着人类科技文明的不断进步，对于资源能源的消耗也日益增加。随着金属材料消耗量的增加，某些材料的储量仅够持续使用几十年了 [2]。而镁是地球上储量最多的元素之一，不仅在地壳中，而且在海洋中含量都非常可观，如海水中镁含量达到2.1×1015t，有很高的开发前景[3]。然而，从工艺方面而言，其应用却没有铜、铁等来的高。
我国镁产量很大，镁出口量居世界前列。然而对于镁合金及其工艺的研究、应用却处于落后状态。即使是汽车工业方面的应用，也仅局限于上海大众、一汽、东风等少数厂家，远远落后于西方工业发达的国家。所以，应进一步加大相关研究力度，以期赶上世界先进水平[4]。
1.2.2 镁合金分类及AZ80镁合金的发展
镁合金按含主要元素的种类，可分为以下合金系：Mg-Mn系，如M1A；Mg-Al-Zn系，如AZ31、AZ61、AZ80；Mg-Al-Mn系、Mg-Zr系、Mg-Zn-Zr系、Mg-Re-Zr系。
镁合金按成形工艺可分为铸造镁合金（Casting magnesium alloys）和变形镁合金(Wrought magnesium alloys)，这两种镁合金不管是成分还是组织性能，都有很大差异。变形镁合金的强度与塑性往往都要高于铸造镁合金，然而，就目前的使用量而言，变形镁合金的使用量却远远低于铸造镁合金，相关的研究也少于铸造镁合金[5]。而且，对于变形镁合金的研究，当前更集中于AZ31和ZK60系列，对AZ80镁合金的研究甚少。
1.2.3 镁合金的组织
在共晶转变温度以上时，镁合金主要存在形式是单相的α相。而室温时，饱和的α相中会析出脆性β相，形成α+β的双相组织，这种双向组织往往是离异共晶形式。由于脆性β相往往分布在α相晶界上，因而铸态镁合金的强度和塑性会受到影响而大大降低 [6]。
1.2.4 镁及镁合金性能
纯镁室温下的密度是1.738 g/cm-3，仅为钢铁的1/4，铝合金的2/3，可以有效地降低部件重量。由于镁合金不仅合金密度小、比强度和比刚度高，同时具有良好的导热性、机加工性能和电磁屏蔽能力的优点，在航空、航天、汽车等行业应用历史悠久，这是铝、钢等材料难以代替的[7]。此外，超过80%的镁合金废件可以回收利用，有很好的环保性，所以被称作二十一世纪的绿色工程材料[8]。
对大部分金属材料而言，屈服强度和晶粒尺寸之间满足霍尔-佩奇关系(公式1.1)：
(1.1)
式中σ0为移动单个位错产生的晶格摩擦力，d为平均晶粒直径。k为常数，是由泰勒（Taylor）因子决定的[9]。从这个公式我们可以看出，当平均晶粒直径减小时，也就是晶粒得到细化，相应的屈服强度得到提高。
目前对AZ80镁合金的研究相对较少，但从性能上来看，AZ80镁合金的强度和耐腐蚀性和ZK60镁合金大致相当，远远好于AZ31镁合金；而成本则与AZ31相当，低于ZK60。表1.1示意地给出了AZ80变形镁合金与其他材料性能之间的比较。
表1.1 AZ80镁合金与AZ31、ZK60镁合金强度、比强度比较[10]
合金 密度ρ/gcm2 屈服强度σ0.2/Mpa 屈服强度/密度
AZ80挤压型材（RS） 1.8 265 150
AZ31挤压型材（RS） 1.74 200 115
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