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近日，上海交通大學(xué)曾小勤教授團(tuán)隊(duì)在鎂合金半固態(tài)成型研究方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)成果以“Composition-Microstructure-Property Relationships in Thixomolding Mg-Al-Zn Alloys: Role of the Al/Zn Ratios”為題，發(fā)表于材料領(lǐng)域權(quán)威期刊《Metallurgical and Materials Transactions A》。論文第一作者為谷立東博士，通訊作者為王杰助理研究員。
半固態(tài)注射成型(Thixomolding)是一種先進(jìn)的鎂合金精密成形工藝。其特點(diǎn)在于將合金加熱至液-固兩相區(qū)，在螺桿剪切作用下形成具有觸變性的半固態(tài)漿料，實(shí)現(xiàn)層流充型。該工藝能顯著減少氣孔和縮松等缺陷，獲得細(xì)小均勻的非枝晶組織，從而有效提升構(gòu)件的力學(xué)性能與尺寸精度。然而，傳統(tǒng)適用于高壓壓鑄的商用鎂合金在半固態(tài)成型過程中性能尚未充分發(fā)揮，除了AZ91D和AM60B，適于半固態(tài)工藝的新材料研發(fā)十分必要。為此，本研究固定Al+Zn總含量為10 wt%，系統(tǒng)調(diào)節(jié)Al/Zn比例，深入揭示其與微觀組織和性能之間的內(nèi)在聯(lián)系。
半固態(tài)注射成型工藝示意圖
研究結(jié)果表明，通過合理調(diào)控Al/Zn比例，可實(shí)現(xiàn)合金在強(qiáng)度、塑性和導(dǎo)熱性之間的協(xié)同優(yōu)化，為面向半固態(tài)成型工藝的鎂合金成分設(shè)計(jì)提供了重要理論依據(jù)與工程指導(dǎo)。
微觀組織演變
不同Al/Zn比的半固態(tài)注射成型Mg-Al-Zn合金相組成演變
?相組成：隨著Al/Zn比例降低，合金中析出相由連續(xù)網(wǎng)狀Mg??Al?? 逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楣铝K狀MgZn，中鋁中鋅合金(如AZ64–AZ28)中則形成Mg-Al-Zn三元金屬間化合物。
?二次相含量：Mg-10Al合金中二次相面積分?jǐn)?shù)為12.8%，隨Zn含量增加先降后略升，Mg-10Zn合金中為10.7%。
?晶粒結(jié)構(gòu)：所有合金均獲得均勻細(xì)小的等軸晶組織，平均晶粒尺寸介于4.4-6.3 μm，且織構(gòu)隨機(jī)分布，無顯著擇優(yōu)取向。
力學(xué)性能分析
不同Al/Zn比的半固態(tài)注射成型Mg-Al-Zn合金力學(xué)性能
?強(qiáng)度：隨著Al含量增加，屈服強(qiáng)度呈上升趨勢，Mg-10Al合金YS最高達(dá)161.4 MPa，主要?dú)w因于大量Mg??Al??相的強(qiáng)化作用。
?塑性：Zn含量的提升顯著改善合金塑性，Mg-10Zn合金伸長率最高達(dá)18.56%，這與Zn固溶促進(jìn)非基面滑移及塊狀MgZn相抑制微裂紋擴(kuò)展有關(guān)。
?強(qiáng)塑性匹配：中Al/Zn比合金(AZ64-AZ37) 表現(xiàn)出最優(yōu)綜合性能：YS > 153 MPa，UTS > 294 MPa， elongation > 12%。
熱/電導(dǎo)率行為
不同Al/Zn比的半固態(tài)注射成型
Mg-Al-Zn合金物性數(shù)據(jù)與導(dǎo)熱/導(dǎo)電性能
研究系統(tǒng)闡明通過調(diào)控Al/Zn比例可實(shí)現(xiàn)半固態(tài)成型鎂合金的“性能可設(shè)計(jì)性”，為未來鎂合金設(shè)計(jì)提供了有價(jià)值的參考。中Al/Zn比合金(如AZ64-AZ37)，適用于對強(qiáng)度、塑性與導(dǎo)熱性均有要求的結(jié)構(gòu)-功能一體化部件，如汽車座椅骨架、電子設(shè)備殼體等。高Zn合金(如Mg-10Zn)，憑借優(yōu)異導(dǎo)熱性，在散熱模組、LED基板等熱管理場景中具備潛力。未來研究方向可包括引入稀土、Ca等微合金元素以優(yōu)化高溫性能與耐蝕性，并推動(dòng)中試驗(yàn)證與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室研究向工程實(shí)踐的跨越。
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