华南理工《JMST》：高强度挤压镁合金综述

摘要：综述了近年来各种镁合金挤压成形的研究进展，包括工业镁合金、高合金Mg-RE合金和含钙镁合金。在开发高强度镁合金的过程中，采用了合金化、晶粒细化、织构改性等不同的强化策略，重点关注了一种新的强化机制——异质变形诱导强化，最近已被应用于协同提高镁合金的强度和塑性。

导读

综述了近年来各种镁合金挤压成形的研究进展，包括工业镁合金、高合金Mg-RE合金和含钙镁合金。在开发高强度镁合金的过程中，采用了合金化、晶粒细化、织构改性等不同的强化策略，重点关注了一种新的强化机制——异质变形诱导强化，最近已被应用于协同提高镁合金的强度和塑性。此外还介绍了挤压法制备异质组织镁合金，并系统地讨论了合金元素和挤压参数对异质组织镁合金制备的影响。综述了挤压后处理对挤压镁合金力学性能的影响，并简要比较了镁合金和铝合金的力学性能。最后，提出了进一步推进高性能低成本挤压镁合金的研究方向。

镁具有资源丰富、密度低的特点，在汽车和航空航天领域具有很大的应用潜力。然而，镁合金的工业应用远远低于铝合金。目前，大多数商用镁合金的屈服强度低于300 MPa，其比强度并不比铝合金和高强度钢具有优势。提高镁合金的强度是该领域的关键课题之一。近年来，有报道采用粉末冶金和强塑性变形技术制备高强度镁合金，但样品尺寸小、成本高限制了其工业化生产。挤压成形可以制备出具有细晶粒组织和提高力学性能的块状材料，是工业生产高强度镁合金的合适途径。

基于此背景，华南理工大学联合多伦多城市大学的研究团队发表了镁合金综述，针对近年来高强度镁合金挤压的研究进展，系统地讨论了晶粒尺寸和织构对挤压镁合金力学性能的影响，以及合金元素和挤压参数对异质镁合金制备的影响，简要总结了挤压后处理对镁合金力学性能的影响，提出了挤压镁合金未来的研究方向。该综述以题为“High-strength extruded magnesium alloys: A critical review”发表于期刊《Journal of Materials Science & Technology》。

ZK60合金表现出权衡的拉伸屈服强度（TYS，200~300 MPa）和延展性（10% ~ 35%）。Mg-Zn-Ca可以实现TYS （100~250 MPa）和延展性（10%~45%）的广泛组合。高合金化Mg-RE合金可以达到> 300 MPa的优异TYS。具有异质组织的低合金无RE镁合金可以获得优异的TYS，可以与高合金Mg- RE合金抗衡，同时保持良好的延展性。因此，制备具有粗大unDRX晶粒和超细DRX晶粒的异质结构是制备低成本、高性能镁合金的有效方法。对于均质AZ31、AZ91、ZK60、Mg-Zn-Ca和Mg-AlCa合金，TYS随晶粒细化呈增加趋势，表明晶粒细化是主要强化机制。而对于高合金化Mg-RE合金，TYS不随晶粒细化而增加，主要受析出相和溶质原子的影响。

合金元素通过影响基基滑移与非基基滑移的CRSS差异，从而影响晶界强化以及热变形过程中的织构演变。稀土和Ca是有效的DRX阻碍元素，能促进非基底滑移的激活，并通过晶界偏析和位错阻碍低角晶界向高角晶界的转变，从而促进异质结构的形成。此外，降低挤压温度和挤压速度有助于制备出具有良好DRX晶粒尺寸的HS镁合金。

低温/低速挤压后退火可以通过定制DRX 分数、晶粒尺寸、位错密度和织构来制备具有优异强度和延展性的镁合金。挤压后时效处理可进一步提高析出硬化镁合金，高合金化Mg-RE合金经峰时效处理后的TYS可达400~500 MPa。对于晶粒粗大的挤压镁合金，变形可在基体中引入高密度孪晶，进一步提高合金的时效性能。

添加元素Ca可以有效地阻碍DRX和晶粒生长，因此低成本和低合金含量的含钙镁合金是有前途的候选材料。开发高性能低含稀土镁合金对扩大镁稀土合金的应用具有重要的吸引力和价值。通过设计适当的unDRX分数+超细DRX晶粒+偏析+纳米析出物等多组分组织，可以同时提高镁合金的强度和塑性。在可预见的未来，含Ca镁合金具有很大的吸引力。