的升高，基面临界切应力变化不大，非基面滑移系的临
界剪切应力大幅度降低，与基面滑移系的临界剪切应
力之差越来越小，棱柱面和锥面滑移等潜在的非基面
滑移系统通过热激活启动，使镁合金塑性变形大大改
善，如图 1 所示。变形速度对镁合金滑移主要产生两
方 面 因 素 ，一 个 是 热 效
T/MPa
应 ，一 个 是 变 形 过 程 中 100
晶体滑移面和滑移方向一般是晶体结构中原子排 列最紧密的晶面和晶向，< 112ˉ0 > 晶向为最主要滑移 方向。按照滑移面分类又可分为基面滑移和非基面滑 移，非基面滑移又包括棱柱面滑移和锥面滑移。一般 存在以下独立的滑移系，见表 2。
表 2 镁合金中的独立滑移系
滑移系
滑移面
滑移方向
独立滑移系数量
基面滑移
常用的镁合金密度在 1.3~1.9 g/cm3 范围内，是铝 的 2/3，锌的 1/4[2]，其他物理性能，如表 1 所示。纯镁的 力学性能较低，但是与铝、锌、锰、钙等元素构成的合金 及合金经热处理后，力学性能大大提高。镁的弹性模 量约为 45 GPa，晶体结构为密排六方(HCP)，晶格常数 为 a=0.320 2 nm，c=0.519 9 nm，c/a=1.624，其 c/a 的值与 标准的 HCP 结构的 c/a 的值(1.632)非常接近[3]。
25.2× 10－6
155.5
44.5
38.6I ACS
由于很多金属矿产资源逐渐枯竭，而镁资源比较 丰富，特别是近年来结构轻量化的技术要求和环保要 求的不断提高，因此，镁合金的需求量日益增加，镁合 金工业迅速发展，这也促进了镁合金技术的显著提高， 并在镁合金熔炼、成型、净化、表面处理和防腐及高性 能镁合金材料研发等技术取得了很大研究成果。与其 他金属结构材料相比，镁及其合金具有密度低、比强度 和刚度高、弹性模量小、抗电磁干扰及屏蔽性强、阻尼 减震性 好 、导 热 性 好 、机 加 工 性 能 好 、容 易 回 收 等 优 异性能[5]，因而在航空工业、汽车工业、电子产品、纺织 和印刷业都有广泛应用。特别是近几年，随着高纯镁 合金技术制备成熟及 SF6等气体保护的熔炼技术的成 功运用，镁合金耐蚀性能的问题也基本解决，因而在国 内外市场上数码相机、笔记本电脑、摄像机等电子产品 应用逐渐扩大。随着镁合金制备技术和成型技术日益完 善，镁合金在航空领域和汽车工业都有更好的发展前景。
目前，镁合金在结构件方面的应用远低于其他结 构材料，特别是变形镁合金方面应用甚少。变形镁合 金具有非常大的应用潜力，通过塑性变形加工可以生 产出尺寸、规格多样的棒、管、型材、线材、板件及锻件 产品，而且变形镁合金可以通过塑性变形和热处理工 艺来控制材料的组织性能，使变形镁合金的力学性能 明显优于铸造镁合金。然而镁及其合金的晶体结构是 密排六方结构，塑性不好，压力加工成形能力较差，而 且与镁合金铸造技术相比，镁合金的塑性加工技术与 铸造加工技术相比还不够成熟，这就严重制约进一步 的应用。因此，必须研究和开发出变形镁合金以及新 工艺，生产出组织性能优良的镁合金来扩大镁合金的 应 用 范 围 ，这 也 是 国 际 镁 协 会（International Magne⁃ sium Association IMA）在 2000 年提出的发展镁合金的 长远计划[5]。 2 镁合金的塑性变形特点 2.1 镁合金滑移变形
1 镁合金的物理特性和发展前景 镁及其合金是目前最轻的工程结构材料之一，在
当今世界新材料领域中被誉为“21 世纪绿色工程材 料”。自 20 世纪 90 年代初开始，随着工业的日益发展， 国际上主要金属材料的应用发展趋势开始发生了显著 变化，钢铁和铝合金、铜、铅、锌等传统材料的应用增长 缓慢，而以镁合金为代表的轻金属材料增长较快，以每 年 15%~25%的速度持续增长[1]。
位 错 的 增 值 ，这 两 方 面 80
都能促进非基面滑移系 的启动。热效应能引起 60 温 度 变 化 ，位 错 增 值 能 40 使 应 力 集 中 ，应 力 值 增 20
(0001)
< 112ˉ0 >
2
棱柱面滑移
{101ˉ0} {112ˉ0}
< 112ˉ0 >
2
{101ˉ1}
< 112ˉ0 >
4
锥面滑移
{112ˉ1}
{112ˉ2}
< 112ˉ3 >
5
尽管镁合金存在上述独立滑移系，但是室温下只 有 2 个基面滑移系启动，而非基面滑移系一般只有在 应 力 集 中 较 严 重 的 晶 界 附 近 才 能 启 动 ，远 达 不 到 Von-Mises 准则的 5 个以上独立滑移系，这也是镁合金 塑性差的主要原因。只有棱柱面、锥面等潜在的非基 面滑移系激活，才能使镁合金塑性变形得以改善。影 响非基面滑移系启动有很多因素，主要有变形温度、变
第 1 期（总第 131 期） No.1（SUM No.131）
机械管理开发 MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT
2013 年 2 月 Feb.2013
镁合金塑性变形机制概述
张会
（陕西理工学院 材料科学与工程学院，陕西 汉中 723003）
摘 要：叙述了镁合金的应用现状及其物理性能，并对其塑性变形特点及机制进行了阐述，为镁合金件的塑性成形提供 理论依据。 关键词：镁合金；塑性变形；变形机制 中图分类号：TG146.2 文献标识码：A 文章编号：1003-773X（2013）01-0028-02
表 1 纯镁的物理参数[4]
密度 熔 /(g/cm3熔J热/m化/ol）（汽kJ化/m热ol）/（比J(/2k热0g·℃熔K)）/
线胀 系数
K
热导 电阻 电导 率（/ W/ 率/ 率/ m·K） nΩ·m %
1.738 650 1 107 8.71 134
102.5
收稿日期：2012-08-21 作者简介：张会（1976-），女，陕西户县人，副教授，硕士，主要从事材料成型研究。
·28·
第 1 期（总第 131 期）
机 械张 管会理：镁开合金发塑性变形机制概述
2013 年 2 月
形速度、合金元素和晶粒度等。
当温度低于 498K 时，镁合金的非基面滑移系的临
界切应力比基面滑移系大两个数量级左右，随着温度