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鎂合金是最輕的結構金屬材料，在航空航天，汽車工業(yè)和消費電子領域具有重要意義。其中AZ91合金由于可鑄造性好，耐腐蝕和優(yōu)良的機械性能，在工業(yè)中被廣泛使用，并被廣泛研究改善性能以作為結構件替代材料。AZ91最初是鑄造合金，現(xiàn)階段不少研究針對其變形合金被展開，對于變形鎂合金，細化晶粒是增強機械性能的最有效方法之一。細化鎂合金晶粒通常需要嚴苛的塑性變形工藝，例如等通道角擠壓(the equal channel angular pressing， ECAP)，高壓扭轉(high pressuretorsion，HPT)和攪拌摩擦加工(friction stir processing，F(xiàn)SP)。當然，傳統(tǒng)的低溫變形技術也不失為是細化晶粒的有效方法，但是它要求合金在低溫下具有塑性變形能力。不同的AZ91合金在200°C至300°C之間均具有優(yōu)異的伸長率，這表明在此溫度范圍內可以實現(xiàn)AZ91D合金的良好變形能力。

日前，來自沈陽化工大學、西安交通大學、哈爾濱工業(yè)大學等單位的研究人員開發(fā)出適用于AZ91D合金的低溫擠壓工藝。通過簡單擠壓可使AZ91合金具有出色的機械性能，對該材料的廣泛應用具有重要意義。相關論文相關論文以題為“High strength commercial AZ91D alloy with a uniformly fine-grained structure processed by conventional extrusion”于2020年發(fā)表在Materials Science & Engineering A上。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.139193

結果表明使用簡單的低溫低速擠壓工藝，可以在商用AZ91D合金中形成均勻細小的動態(tài)再結晶晶粒(1μm)和許多亞微米Mg17Al12的細小沉淀物。在細晶強化和第二相強化的共同作用下，擠壓后的AZ91合金具有出色的機械性能，屈服強度和抗拉強度分別為320MPa和382MPa，此外AZ91合金還有優(yōu)異的延展性。

其工藝過程主要將商業(yè)AZ91D合金鑄錠在420°C下進行24h的均質化處理，然后在水淬。將均質化后的樣品加工成高度為100mm，直徑為95mm的圓柱形樣品，以進行擠出加工。在擠出前將樣品加熱到240°C，持續(xù)10分鐘，然后在250°C的圓柱形擠出室和200°C的擠出模頭中進行熱擠出。壓頭速度為0.2mm/s，擠壓比為28∶1，擠壓后得到直徑為18mm的棒狀樣品，并進行相關的顯微分析與力學檢測。

圖1(a)顯示了擠壓后的AZ91合金XRD圖。特征峰表明合金中存在α-Mg基體和Mg17Al12相，與相應的Mg標準峰位置相比，α-Mg的峰位置略有移動，說明溶解在α-Mg基體中的Al或Zn原子引起的晶格畸變。圖1(b)顯示了擠壓后AZ91D合金的SEM圖，根據(jù)測量平均晶粒尺寸為1.0μm，許多Mg17Al12相的平均尺寸為0.4μm。圖1(c)和(d)顯示了擠壓AZ91D后合金的TEM圖，動態(tài)再結晶晶粒尺寸小于1.0μm的，擠壓后的AZ91合金中具有大量細小的Mg17Al12相，這些第二相有助于晶粒成核并抑制擠壓過程中的晶粒長大。

圖1擠壓后AZ91D合金(a)XRD圖;(b)SEM圖像;(c)和(d)TEM分析

圖2為EBSD分析，表明未完全再結晶晶粒具有較低的SF值，而細小的完全再結晶晶粒具有沿ED測試拉伸樣品時，基面滑移的SF值相對較高。

圖2(a)IPF圖和(0002)，(11-20)和(10-10)極圖;(b){0001}<11-20> SF分布;(c)MAD圖;(d){0001} <11 –20> SF分布;(e){1–100}<11–20> SF分布;(f){11–22} <-1-123}SF分布

圖3(a)顯示擠壓合金的拉伸應力-應變曲線。屈服強度，抗拉強度和延伸率分別為320MPa，382MPa和13.8%。如圖3(b)所示，在斷口表面觀察到細小且均勻的韌窩，其大小類似于Mg17Al12相的尺寸。

圖3(a)擠壓合金拉伸應力-應變曲線;(b)斷裂表面的SEM圖

低溫擠壓工藝后的AZ91合金具有最小的晶粒尺寸以及最佳的力學性能。其微觀表征中最突出的特點是形成了均勻的超細晶粒(1μm)，周圍被許多細小的Mg17Al12沉淀相(0.4μm)包圍，此外，工藝過程簡單，為傳統(tǒng)工藝在大型鎂合金材料中獲得優(yōu)良力學性能的可行性提供了可能。