鎂合金是最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，在汽車、航空航天等領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)輕量化方面有廣闊的應(yīng)用前景。然而，鎂的晶體對(duì)稱性低，導(dǎo)致其室溫可加工性差。這個(gè)缺點(diǎn)推高了鎂合金零件的制備成本，嚴(yán)重削弱了這種材料的競爭優(yōu)勢。材料可加工性受到拉伸延伸率和加工硬化率兩個(gè)因素的影響。采用添加稀土元素、晶粒細(xì)化、析出強(qiáng)化等傳統(tǒng)方法，一般只能提高鎂合金的拉伸延伸率或加工硬化率中的一項(xiàng)，難以同時(shí)提高兩項(xiàng)。

上海交通大學(xué)材料學(xué)院的研究人員采用Al和Ca兩種常見合金元素，設(shè)計(jì)了一種新型的鎂合金AX61(Mg-6Al-1Ca, wt.%)。在250℃擠壓條件下，AX61合金中析出了一種亞微米級(jí)尺寸的Al2Ca相，其晶體取向呈隨機(jī)分布。這些Al2Ca析出相一方面阻礙鎂基體中的位錯(cuò)滑移，提高材料的加工硬化率。另一方面，Al2Ca析出相本身具有類似面心立方的晶體結(jié)構(gòu)，可以在其{111}晶面上形成位錯(cuò)和堆垛層錯(cuò)而啟動(dòng)塑性變形。Al2Ca相的內(nèi)部塑性有效消除了局部應(yīng)力集中，使材料能夠保持高延伸率。Al2Ca相的析出還間接抑制了脆性的Mg2Ca和Mg17Al12相的生成。此外，溶質(zhì)Al和Ca抑制孿晶形核，同時(shí)促進(jìn)了位錯(cuò)，這些均有利于材料的延伸率提升。

由于上述機(jī)制，AX61合金的室溫延伸率高達(dá)27%，加工硬化量（以拉伸強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度之差表示）可達(dá)135MPa。上述性能組合高于已知的所有鎂合金。這種具有超高可加工性的新型AX61合金無需使用昂貴的稀土元素，通過普通的擠壓工藝一步成型，因此其生產(chǎn)成本很低，有很好的實(shí)際應(yīng)用前景。

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https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.006)

該工作得到了國家自然科學(xué)基金、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、青年長江學(xué)者獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃、上海市青年科技啟明星計(jì)劃的支持。

作者
王樂耘 合金科技