在最近几年,随着科技的不断进步,有很多实用的金属材料不断被广大材料工作者发现,其中镁及其合金扮演着十分重要的角色,拥有着非常广阔的前景和相当重要的价值。所以它在汽车,军事,航天等领域有着很好的发展前景。正因为如此镁合金才被称为21世纪的“绿色”工程材料[1,2]。
搅拌摩擦加工(Friction stir processing,FSP)作为一种新型的大塑性变形(Severe plastic deformation,SPD)技术,可以显著改善被加工材料的性能和微观组织结构,目前该项技术已成功应用于镁、铝等合金。搅拌摩擦加工实际上是从搅拌摩擦焊演变而来,又称搅拌摩擦处理。回到镁合金当中,经过搅拌摩擦加工后的镁合金具有比强度和比刚度高、减振性能良好、阻尼性能优异的特点。因此我们有必要去研究经过搅拌摩擦加工后的镁合金的强韧性和阻尼性能。
1。2 镁合金的特点及发展前景
1。2。1镁合金的特点
(1)密度低,而且比强度和比刚度较高。镁合金的密度大概是铝的2/3,钢的1/4,是实际应用中最轻的金属材料。
(2)良好的散热性。首先镁合金的导热性能好,镁合金作为电子设备的外壳,它可以把内部电子元器件所散发出的热量以较快速度导出,这样就可以避免电子元器件因为工作中散发的热量产生的高温损坏器件。
(3)吸震性能好,有助于减轻震动和减少噪音污染。由于镁合金塑性好,在受到外力作用时较易产生大的变形,从而让工件应力分布更均匀。在镁合金弹性范围内,当受到冲击载荷时,镁合金能吸收的能量比铝合金要多50%。
(4)铸造适应性强,除砂型铸造外,镁合金还可用于金属型铸造、压力铸造等几乎所有的铸造工艺。
1。2。2 镁合金的发展前景
镁合金有很多优异的性能,这也让它在笔记本电脑、数码相机、飞机、自行车等领域有着广泛的应用[3]。瑞典最新推出的沃尔沃CP2000车型车身净重700kg,其中所用的镁合金材料就达到了50kg,包括离合器箱、转向齿轮箱、发动机架、气缸体等重要部件[4]。其次由北京首特钢远东镁合金制品公司开发出了“远东美”镁合金自行车,车架由镁合金压铸而成,其余部件为铝合金,车身重量约为10kg,现已上市[5]。目前中国的联想、华硕等笔记本电脑也在1999年起部分采用了镁合金外壳。另外,镁合金作为生物医用材料也有着很好的市场前景。镁合金作为硬组织植入材料,有着很多其他材料没有的优点,比如:密度小(约为1。7g/cm3,十分接近人体骨质密度1。75g/cm3)、加工性能好、弹性模量较低、比强度和比刚度高等。另外,镁合金也可以参与人体内部骨细胞的形成,加速骨的愈合能力等[6]。论文网
1。3 镁合金的强化机制
工业纯镁的力学性能和室温塑性都较差,并不能直接用作工程材料。通过合金化,晶粒细化,变形与热处理等方法的运用,镁合金的力学性能将会得到大幅度的提高,下面是几种镁合金强化途径:
(一) 弥散强化
弥散强化是合金化强化的另一种方式。研究发现,合金在凝固过程中会产生细小的呈弥散分布的第二相,这会对合金产生强化效果。弥散强化的强化机制和析出强化机制比较类似。在室温下,弥散析出的颗粒相可以阻碍位错的滑移与运动,从而强化合金。
(二) 固溶强化
固溶强化的原理是合金化元素基本全部融入到镁基体当中,其中某些合金化元素的原子会置换掉镁基体中一些晶格点阵当中的镁原子,进而就可以通过合金化元素的原子与基体镁原子之间弹性模量的不同来达到强化目的。当合金元素固溶到镁金属基体中会形成镁基固溶体,进而引起晶格畸变,与此同时形成“柯垂尔气团”效应。