為滿足鎂合金在工業(yè)結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用的不斷增長，急需提高鎂合金的機(jī)械性能(特別是強(qiáng)度)。
日本豐橋技術(shù)科學(xué)大學(xué)三浦弘美和同事們采用大塑性變形技術(shù)，也就是多向鍛造法(MDF)，來改善商用鎂合金的脆性。通過控制道次應(yīng)變和大塑性變形實(shí)現(xiàn)累積應(yīng)變達(dá)到2.0時(shí)沒有出現(xiàn)任何裂紋。
原始的粗晶粒由于機(jī)械孿晶的作用逐漸被細(xì)化為超細(xì)晶粒。原始粗大的孿晶被高度有序的機(jī)械孿晶進(jìn)一步細(xì)化。在累積應(yīng)變?yōu)?.0時(shí)，其平均晶粒尺寸可以達(dá)到0.3?。
由MDF技術(shù)生產(chǎn)的鎂合金表現(xiàn)出非常優(yōu)異的機(jī)械性能，其屈服強(qiáng)度為530MPa， 拉伸強(qiáng)度為650MPa，斷后伸長率為9%。這是有史以來世界上最強(qiáng)的鎂合金。
其超細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)和織構(gòu)抑制方式使鎂合金擁有超常的強(qiáng)度且不損失延展性。
研究人員目前正在開展實(shí)驗(yàn)，以MDF生產(chǎn)大規(guī)格鎂合金樣品。
相關(guān)知識(shí)：大塑性變形(Severe Plastic deformation ,SPD)技術(shù)作為一種新興的塑性變形方法，可以在變形過程中引入大的應(yīng)變量(傳統(tǒng)的塑性變形很難實(shí)現(xiàn)應(yīng)變量大于1的真應(yīng)變)，從而有效細(xì)化(亞微米或納米量級(jí))金屬，且獲得完整大尺寸塊體試樣，通過在變形過程中微觀組織的控制，可以同時(shí)獲得具有高強(qiáng)度與大塑性的塊體納米材料。
目前，已開發(fā)的SPD技術(shù)主要有以下幾種工藝：等徑角擠壓(Equal Channel Angular Extrusion or Pressing,ECAE or ECAP)、連續(xù)剪切(Conshearing)工藝、連續(xù)約束板帶剪切(Continuous Confined Strip Shearing,C2S2)工藝、等徑角軋制(Equal Channel Angular Rolling,ECAR)工藝、累積疊軋(Accumulative roll-Bonding,ARB)工藝、高壓扭轉(zhuǎn)(High Pressure Torsion,HPT)工藝、多向鍛造(Mutiple Forging ,MF)工藝、循環(huán)擠壓壓縮(Cyclic Extrusion Compression,CEC)工藝、連續(xù)反復(fù)彎曲(Continuous Cyclic Bending,CCB)工藝及反復(fù)彎曲矯直(Repititive Corrugation and Straightening,RCS)工藝。
多向鍛造(Mutiple Forging ,MF)工藝，多向鍛造技術(shù)是一種自由鍛工藝,其工藝原理如圖1所示。形變中材料隨外加載荷軸向變化而不斷被壓縮和拉長,通過反復(fù)變形達(dá)到細(xì)化晶粒、改善性能的效果。
孿晶是指：由兩個(gè)或者兩個(gè)以上同種晶體構(gòu)成的﹑非平行的規(guī)則連生體。又稱雙晶。在構(gòu)成孿晶的兩個(gè)單晶體間﹐必然會(huì)有部分的對(duì)應(yīng)晶面﹑對(duì)應(yīng)晶棱相互平行﹐但不可能全部一一平行﹐然而它們必可通過某一反映﹑旋轉(zhuǎn)180°或者反伸(倒反)的對(duì)稱操作而達(dá)到彼此重合或者完全平行。晶體在適當(dāng)條件下形變時(shí)能形成孿晶,這類孿晶稱形變孿晶或機(jī)械孿晶。
應(yīng)變分為彈性應(yīng)變和塑性應(yīng)變，所謂塑性應(yīng)變，就是載荷去除后不能恢復(fù)的應(yīng)變。而一個(gè)材料或物體在整個(gè)加載過程中，可能是經(jīng)歷了加載-卸載-再加載的過程，在整個(gè)的過程中物體中所承受的塑性應(yīng)變的累加即為塑性累積應(yīng)變，它對(duì)于評(píng)價(jià)材料內(nèi)部的損傷演化程度，并據(jù)此預(yù)測材料的斷裂失效有重要的意義。