2.4　变形镁合金的组织和性能

许多镁合金既可做铸造镁合金又可做变形镁合金。变形镁合金经过挤压、轧制和锻造等工艺后具有比相同成分的铸造镁合金更高的力学性能（见图2-9）。变形镁合金制品有：轧制薄板、挤压件（如棒、型材和管材）和锻件等。这些产品具有成本更低、强度和延展性更高以及力学性能多样化等优点。其工作温度不超过150℃。

在变形镁合金中，常用的合金系是Mg-Al系与Mg-Zn-Zr系。Mg-Al系变形合金一般属于中等强度，塑性较高的变形镁材料，铝含量为0～8%，典型的合金为AZ31、AZ61和AZ80合金，由于Mg-Al合金具有良好的强度、塑性和耐腐蚀综合性能，而且价格较低，因此是最常用的合金系列。Mg-Zn-Zr系合金一般属于高强度材料，变形能力不如Mg-Al系合金，常要用挤压工艺生产，典型合金ZK60合金。常用变形镁合金有AZ31B、AZ61A、AZ80A和ZK60等，其性能见表2-15。

典型的含稀土的变形镁合金有ZE10A（Mg-1.5Zn-0.2RE）。但由于变形镁合金的开发与应用还不够充分，有关稀土对其组织和性能的影响的研究远不如在铸造镁合金中的那么深入。

在镁中加锂元素能获得超轻变形镁锂合金，它是迄今为止最轻的金属结构材料，具有极优的变形性能和较好的超塑性能，已能应用在航天和航空器上面。

2.4.1　变形镁合金组织

AZ31挤压组织晶粒尺寸为15～20μm，如图2-10（a）所示。AZ61挤压组织如图2-10（b）所示。可见，其组织由α相和沿晶界分布的β相组成，并存在孪晶组织。但是其组织形态与AZ80组织有明显的不同。组织晶粒大小差距悬殊，大晶粒有的长达250μm左右，而小的仅有10μm左右。从侧向看，晶粒变形程度非常高，存在形变织构。

图2-10（c）为AM60挤压组织，它是由α相和沿晶界分布的β相组成的。组织很不均匀，存在少量孪晶组织。其组织为大小不等的等轴再结晶晶粒，小晶粒尺寸约为10μm左右，大晶粒尺寸约为150μm，其平均尺寸约为56μm。在晶界或晶内分布着大小不等的黑色AlMn相粒子。图2-10（d）为镁合金AZ80组织，AZ80晶粒较细小，晶粒度约为17μm。从图2-10中也可明显地见到挤压织构（图中黑色成线状的β相代表了挤压方向）。图2-11为AZ80 TEM照片显示β相为板条状，板条之间存在一定的位相关系。

图2-12为AM60-R的轧制组织形貌。轧制组织较挤压组织均匀，纵向可见高密度孪晶晶粒，其晶粒尺寸很难分辨，只有极少量的晶粒为非孪晶晶粒，在晶界可见到细小晶粒。

2.4.2　变形镁合金性能

变形镁合金的力学性能与加工工艺、热处理状态等有很大关系（表2-16），尤其是加工温度不同，材料的力学性能可能会有很宽的范围。在400℃以下温度挤压，挤压合金已发生再结晶。在300℃进行冷挤压，材料内部保留了许多冷加工的显微组织特征，如高密度位错或孪生组织。在再结晶温度以下挤压可使挤压制品获得更好的力学性能（表2-17）。一些常用变形镁合金的特性见表2-18。

变形镁合金产品中值得注意的两方面是：①变形时镁的弹性模量择优取向不敏感，因此在不同的变形方向上，弹性模量的变化不明显；②变形镁合金产品压缩屈服强度低于其拉伸屈服强度，即σc∶σt≈0.5～0.7，因此在涉及如弯曲等不均匀塑性变形时需特别注意。根据镁的这些变形特点，在以后的变形镁合金的发展过程中要注意把塑性变形与热处理结合起来，充分利用细晶强化等新工艺方法，通过添加适当的合金元素（特别是稀土元素）来改进合金性能，制得先进的变形镁合金材料。