高塑性鑄態鎂合金研究進展

蔣 斌, 劉文君, 董含武, 程仁菊, 張 娜, 潘復生

（1.重慶大學 材料科學與工程學院，重慶 400044；2.重慶市科學技術研究院 新材料中心，重慶 401123；3.重慶大學 國家鎂合金工程中心，重慶 400044）

鎂合金是常用的金屬結構材料中密度最小的，具有高比強度和比剛度、良好的切削加工性能、良好的阻尼性能、高的回收利用率，被譽為“綠色的”金屬結構材料，具有巨大的應用潛力[1-5]。我國鐵和鋁資源相對匱乏，鎂則具有資源優勢，是一種重要的、具有戰略性意義的金屬結構材料。

變形加工是提高金屬結構材料綜合力學性能的有效方法，而變形加工的原材料必須具有足夠的塑性。鎂晶體是密排六方（HCP）結構，純鎂和普通鎂合金具有較高的軸比（純鎂的c/a軸比為1.6236）。室溫下，HCP結構的鎂只在基面擁有（0001）和（0001）兩個獨立滑移系[6]，遠不能滿足von Mises準則（多晶體材料均勻的塑性變形需要5個獨立滑移系）的要求，且滑移僅限于a、b兩軸方向，c軸方向的變形只能通過拉伸孿生與壓縮孿生來進行協調[6]，因此，鎂合金的常溫塑性相對較低。提高塑性成了鎂合金研究的重點之一。

提高鎂合金塑性的方式主要有三種：一是細化合金晶粒，提高基體的位錯容量[7]，并降低晶粒所需的轉動力矩而提高其轉動性[6]；二是引入合金元素以降低軸比[8-10]、提高變形溫度等，啟動基面滑移系之外的其他滑移系；三是引入鎂合金HCP結構基體α-Mg相之外的、塑性良好的其他相，如體心立方（BCC）結構的β-Li相[11-12]、長程有序結構（LPSO）[13-14]等。

合金化是提高鎂合金綜合力學性能的常用方法，也是非常有效的方法。Al、Zn、稀土元素（RE）是鎂合金中的常用合金元素。稀土元素（RE）主要是指元素周期表中IIIB族的釔（Y）和鑭系元素（La～Lu），一般可以依據密度分為輕稀土元素（La～Eu）和重稀土元素（Y，Gd～Lu）。合金化元素（如稀土元素）能明顯改變鎂合金的綜合性能，但也會受制于其資源量和價格。而改進鑄造工藝的限制相對較小，故在生產中廣泛使用。本文主要總結Mg-Al、Mg-Li、Mg-Zn、Mg-稀土等鎂合金中塑性相對較好（室溫伸長率多在10%以上）的鑄態合金與合金元素的作用，以及熔鑄工藝的改進對鑄態鎂合金力學性能的改善作用，提出高塑性鑄態鎂合金的發展方向。

1 合金系與合金元素

1.1 鑄造 Mg-Al系鎂合金

Mg-Al系是目前牌號最多、應用最廣的鎂合金。在Mg-Al二元合金的基礎上發展的Mg-Al-Zn（AZ）、Mg-Al-Mn（AM）、Mg-Al-RE（AE）、Mg-Al-Sn（AT）等系列合金中，部分合金可以通過合金化、固溶時效等方法提高綜合力學性能。

1.1.1 Mg-Al-Zn 合金

在鎂合金中，AZ系合金具有強度高、耐腐蝕、易鑄造、易加工、低成本等優點，是所有鎂合金中應用最廣的，其Al的質量分數一般小于10%。受鑄造時非平衡結晶的影響，鑄態AZ系鎂合金同時含有α-Mg與β-Mg17Al12兩相。表1給出了塑性較好的AZ系鎂合金的力學性能。Al含量越高，β相越多，且逐漸呈連續網狀分布，表1數據顯示：增加合金強度，但降低塑性；固溶處理后，合金強度提高，但伸長率仍很難達到8%。

表1 AZ 系鑄造鎂合金的力學性能Table1 Mechanical properties of AZ series magnesium alloys

添加合金化元素，能改善β-Mg17Al12相的形貌、數量、大小、分布、取向等，并生成高熔點、高熱穩定性的第二相，合金的綜合力學性能提高。常用的合金化元素多是鎂合金的表面活性元素，如Ca、Ti、Bi、Sb 和稀土（RE）。合金凝固時，合金化元素會在固液界面富集，阻礙晶粒和β-Mg17Al12相的長大，細化α基體的晶粒。合金化元素與Mg結合生成化合物第二相，形成與Al的競爭、降低β-Mg17Al12相的數量，使第二相彌散分布；合金元素引入的 Al2Ca[16]、、Mg3Sb2[15]、A1-RE相[15, 17-18, 22-23, 25-28]等高熔點強化相，多彌散分布在合金中，能提高合金的高溫性能。合金化元素還可固溶于β-Mg17Al12相中提高其熱穩定性，但合金元素過量時，生成的第二相過多，也可能降低合金的力學性能[23]。合金元素以少量、多種的復合方式添加到合金中，強度和塑性往往同時得到提升，比單獨添加的效果更好[15, 17, 25]。

固溶熱處理可以使AZ系合金中的β-Mg17Al12相重新溶于合金基體，減少其對α-Mg基體的割裂作用，提高合金的塑性[19, 27-28]。例如，固溶能使AZ91D-0.41Sm合金的塑性增加一半以上，伸長率達到14.5%，但對AZ91D-0.88%Sm合金的塑性（伸長率15.5%）沒有明顯影響[27]。固溶后的時效處理，會增加合金中的第二相，降低合金塑性[20]。在合適的熱處理工藝下，Mg-6Al-Zn-0.9Y-1.8Gd合金具有254.8 MPa 的較高強度，同時伸長率達到 22.3%[26]。

1.1.2 Mg-Al-Mn 合金

Mg-Al-Mn（AM）系列鎂合金變形能力相對較強，適合制造汽車輪轂、座位架、方向盤骨架等對延展性和斷裂韌度有一定要求的部件。表2給出了塑性較好的AM系鎂合金的力學性能。Mn含量小于1%時，AM系列合金含有α-Mg、β-Mg17Al12、MnAl三種相；Mn含量大于1%時，合金中出現脆性β-Mn相，塑性降低，因此，AM系鎂合金中的Mn含量普遍控制在0.5%左右。鑄態AM50合金的伸長率可達16%，鑄態AM60合金的伸長率也超過10%，高于其他常見的鑄態鎂合金。與AZ系鎂合金不同，固溶后的AM系列鎂合金塑性沒有明顯提高，時效處理能使固溶態合金的塑性有較大提高[36]。

適量Sr、Nd、Ce等合金元素，可以細化AM系鎂合金晶粒，改善合金的微觀結構及力學性能。AM50合金中添加0.5%的Sr后，抗拉強度為233 MPa，伸長率可達16.3%[33]；1.5%的Ce能將伸長率提高到20%[35]。AM60合金中，添加4%的Nd后伸長率提高到18%[42]，Ti、Sc等元素無助于塑性的提升[36, 43]。復合添加方法所需合金元素的量較少[32, 46]，性能也有一定的優勢，如AM60-1.6RE-0.15B合金的伸長率達到18%[46]，但復合添加Sr或Ce對含Nd的AM60合金的塑性提高有限[39]。AM60合金添加0.05%的碳纖維后，抗拉強度達到242.4MPa，伸長率仍保持13.2%的較高水平[45]。

1.1.3 Mg-Al-RE 合金

Mg-Al-RE（AE）系鎂合金具有較好的抗蠕變和耐熱性能，部分合金塑性較好，伸長率可達10%以上。表3列出了塑性較好的AE系鎂合金的力學性能。1%～2%的混合稀土就可以顯著提高Mg-Al合金的抗蠕變性能，A1含量低于4%時效果更好，但過多的RE能顯著降低流動性，難以鑄造成型。因此，前期開發的AE系列鎂合金中，Al、RE含量分別為2%～4%、1%～2%，如AE41、AE42、AE21等。Al含量大于4%時，往往通過添加Ca、Sm、Sb等元素來提高綜合力學性能。

AE系鎂合金的強化主要來源于兩個方面：一是RE與Al發生共晶反應生成A111RE3等熔點較高的Al-RE二元相，減少低熔點相Mg17Al12，改變相分布；二是固溶于鎂基體的RE原子阻礙晶內的位錯運動和原子擴散，有效釘扎晶界滑移和位錯運動，提高合金的強度。由于含有高熔點的Al-RE相，熱處理態AE系鎂合金往往有不錯的綜合力學性能。例如，固溶加時效后的AE51-0.5Sb和AE51-0.8Ca合金抗拉強度分別達到241 MPa和232 MPa，伸長率 11%～12%[47-48]；固溶加時效后的AE51-1.0Sm合金，抗拉強度和伸長率分別提高到244 MPa 和 15.58%[48]。

1.1.4 Mg-Al-Sn 合金

Mg-Al-Sn（AT）系是近年新開發的具有較高塑性的鎂合金系列。表4給出了塑性較好的AT系鎂合金的力學性能。AT系鎂合金中，Sn能細化合金晶粒；增加Sn的含量，會增加生成的Mg2Sn數量和尺寸。如Sn提高到6%時，Mg-3Al-1Zn合金中的Mg2Sn相由顆粒狀變為長條狀分布于晶界，綜合力學性能良好[50]。固溶的Sn等原子會降低合金的層錯能，增加形變時的位錯和孿晶，且位錯易在孿晶邊界塞積，提高合金的性能，如使Mg-3Al-3Sn合金的形變強化系數增至0.44～0.45[49]。在AT合金中添加Nd和Y，生成Al2Nd和Al2Y，Mg17Al12的量減小，合金性能提高；復合添加少量Nd和Y，合金的強度和塑性同時提高，效果更好[51]。

1.2 鑄造 Mg-Li系合金

鋰（Li）是最輕的金屬，能降低Mg合金的密度，還能降低晶格的c/a軸比，使柱面和錐面滑移容易啟動，提高塑性[9-10]。一般說來，Li含量小于5.7%時，合金只含有HCP結構的α-Mg相基體，為單α相合金；Li含量大于10.3%時，合金只含有體心立方（BCC）結構的β-Li相，為單β相合金；Li含量為 5.7%～10.3% 時，為 α、β 兩相共存的（α + β）雙相合金[12]。Mg-Li二元合金的最大抗拉強度出現在Li含量6%～7%處，塑性的峰值則出現在Li含量8%～9%處[12]。在變形速率較大時，單α相和雙相的Mg-Li合金都容易出現塑性失穩現象，在應力應變曲線上表現為鋸齒狀波動[52-54]。

表2 鑄態 AM 系鎂合金的拉伸力學性能Table2 Mechanical properties of AM series magnesium alloys

表3 AE 系鎂合金的拉伸力學性能Table3 Mechanical properties of AE series magnesium alloys

表4 鑄造 AT 系鎂合金的拉伸力學性能Table4 Mechanical properties of AT series magnesium alloys

1.2.1 單 α 相 Mg-Li合金

Li會降低Mg的c/a軸比，如AZ31-5Li合金的軸比為1.6082[55]，合金的塑性增加。表5給出了不同影響因素下單α相Mg-Li合金的塑性。就表中結果而言，對單α相Mg-Li合金來說，Li含量較小時，Li含量和晶粒尺寸對塑性的影響并不明顯[56-57]；變形速率會對單α相Mg-Li合金塑性產生明顯影響[58]，較大的變形速率可以導致其出現動態時效效應（DSA）而發生塑性失穩[52]。單α相Mg-Li合金的壓縮塑性值多在25%至30%之間[58]。

表6給出了單α相Mg-Li鑄態合金的拉伸力學性能。表6結果顯示，合金元素會降低二元單α相Mg-Li合金的塑性，隨著合金元素添加量的增加，合金的強度與塑性大多呈先增后減的趨勢。例如，Mg-4Li中Sn元素的添加量以0.5%為宜[59]；Mg-5Li-3Al-2Zn合金中，Y和La-Pr-Ce混合輕稀土的最優添加量分別是1.2%[60]和2%[61]。Mg-5Li-3Al-2Zn合金中復合添加1.2%的Y和0.8%的Nd，抗拉強度提高到231 MPa，伸長率仍保持為16%[62]。

表5 單 α 相 Mg-Li合金塑性的影響因素Table5 Factors for plasticity of Mg-Li alloys of single α phase

表6 含合金元素的單 α 相 Mg-Li鑄態合金的拉伸力學性能Table6 Mechanical properties of as-cast Mg-Li alloys of single α phase

1.2.2 （α+β）雙相 Mg-Li合金

雙相Mg-Li合金的抗拉強度隨著Li的增多而緩慢下降，屈服強度和伸長率的峰值分別出現在Li含量約10.3%和8%～9%處[63]。雙相Mg-Li合金能較好地結合強度和塑性，研究與應用相對稍多，如美國在20世紀60年代開發了LAZ933（Mg-9Li-3Al-3Zn）合金，曾用于裝備和航天領域[64]；蘇聯開發了MA21（Mg-8Li-5Al-4.5Cd-1.5Zn-0.4Mn或0.2Ce）合金用于航天[65]。

塑性良好的β-Li相能大幅提高雙相Mg-Li合金的塑性，并承擔合金變形時的大部分形變[66]。Li含量越高，β-Li相會越多，合金的塑性也越好[59, 67]。變形速率較小時，β-Li相充分變形，主要在α、β兩相界面附近發生破斷；變形速率較大時，α-Mg相也會參與形變并發生斷裂，塑性降低[54]。

合金元素可以增加雙相Mg-Li合金中β相的比例，提高塑性[67-69]。但是，過量合金元素帶來的大量第二相會割裂合金基體，使塑性降低[69]。表7列出了塑性良好的雙相Mg-Li合金的力學性能。表7的結果表明，Mg-Li雙相合金中，1%的Y對塑性提高較大[69]；Y含量為3%左右的合金強度較高，綜合力學性能較好[69-70]；固溶處理能提高合金的塑性，但強度有所降低[69]。Zn在α-Mg和β-Li兩相中都有較大的溶解度，并對兩相產生明顯的強化作用[71]；鑄態Mg-8Li-15Zn合金自然放置7 d之后，抗拉強度和屈服強度分別可達186 MPa和122 MPa，且伸長率達到16%[59]。Sn的優化添加量為4%[59]。

與Zn一樣，Al易固溶于α-Mg和β-Li兩相產生明顯的強化作用[71]，常用于改善Mg-Li雙相合金的綜合力學性能，其用量多在3%以內；Al和其他元素復合添加的效果更好。表8給出了Mg-Li-Al雙相合金的力學性能。表8數據顯示，Mg-8Li-1Al-1Ce合金的抗拉強度和伸長率分別達到160 MPa和16%。Mg-8Li-3Al-2Zn合金的抗拉強度能達到193 MPa[73]；若再添加0.5%的Y，合金的抗拉強度和伸長率分別接近220 MPa和17%；若將Y的添加量增加至1%，合金的屈服強度能提高到160 MPa，伸長率仍高于 12%[73]。而 Sn[74]、Gd[75]、Si[76]等元素主要提高Mg-Li-Al雙相合金的強度，對塑性的影響較小。Mg-Li-Al-Y雙相合金中容易生成較多的Al2Y等第二相，對性能不利，熱處理可以顯著改善合金的塑性[77]。

合金元素的最優添加量與其在合金中的溶解度有一定的關系。例如，溶解度較小的Si、Ce等元素容易帶來Mg2Si[76]、Al2Ce[78]等化合物第二相，雖然可以提高合金的強度，但會降低塑性；而Nd元素的溶解度相對較大，相應的Mg-8Li-1Al-0.5Nd合金塑性也要稍高些[79]。在雙相Mg-Li合金中，Al在α-Mg和β-Li相中都有較大的溶解度[71]，而Y難溶于β-Li相[69]，因此，當Al和Y的總含量較高的時候，如Mg-8Li-3Al-1Y合金中[77]，會生成較多的Al-Y二元化合物等第二相，對合金的塑性產生不利影響。

1.2.3 單 β 相 Mg-Li合金

在單β相Mg-Li合金中添加合金元素，也存在晶粒細化和第二相彌散強化兩種性能影響因素的競爭。如Ag和Sn的優化添加量分別為0.5%和5%[59]；Zn生成的第二相較為復雜，在添加量為2%和4%時都具有較大的塑性[59]；而Al、Cu、Mn、Zr在添加量分別大于1%、0.5%、0.7%、0.2%的時候，會降低單β相Mg-Li合金的塑性[59]；Cd的最優添加量是9%[59]。

Al元素對β-Li相有較強的強化作用，加上價廉易得，其在單β相Mg-Li合金的研究與應用也較多。比較有名的單β相Mg-Li-Al合金，是美國的LA141（Mg-14Li-1Al）合金[64]和蘇聯的 MA18（Mg-11Li-2.2Zn-0.75Al-0.25Mn-0.25Ce）合金[65]。LA141合金曾作為商業合金廣泛應用于航天領域[64]。表9列出了LA141鑄態合金與其他含Al的單β相Mg-Li鑄態合金的力學性能。研究表明，添加的稀土元素，容易與單β相Mg-Li-Al合金中的Al形成化合物第二相，強化合金[82-83]，但對合金塑性不利[83]。

表7 含合金元素的鑄態雙相 Mg-Li合金的拉伸力學性能Table7 Mechanical properties of as-cast Mg-Li dual-phase alloys

表8 Mg-Li-Al基雙相合金的拉伸力學性能Table8 Mechanical properties of Mg-Li-Al dual-phase alloys

1.3 Mg-Zn 系合金

Zn主要通過固溶強化和在基面的[0001]方向析出MgZn2相兩種方式提高鎂合金強度，但時效強化能力較弱，高溫性能不好。適量添加鋯（Zr）、稀土（RE）或銅（Cu），可凈化合金并細化晶粒，提高室溫和高溫下的力學性能。Zr一般添加0.5%以上，可以增加凝固時的形核核心，細化合金晶粒。ZK60合金是典型的Mg-Zn-Zr（ZK）系鎂合金，具有良好的室溫綜合性能，擠壓態伸長率大于17%[85]。

稀土元素在冶金過程中可以凈化熔體、改善微觀結構、提高室溫和高溫力學性能。鑄態ZK系合金中添加稀土元素 Y、Nd、Gd、Ce、La等，會形成Mg-Zn-RE三元化合物，并以分離共晶體形式分布于晶界，大大改善合金的鑄造性能。表10給出了部分鑄態Mg-Zn-RE合金的力學性能。一般地說，在一定范圍內，稀土含量越高，共晶數量越多。如Mg-4.5Zn-0.3～0.9%La合金在晶界處生成高熔點Mg12La相，La含量增加時晶粒更細，強度和塑性更高，La含量為0.9%時合金伸長率達到8.3%[86]。0.8%的Nd即可明顯提高ZK系鎂合金的塑性，并改善強度；Nd為1%時力學性能最佳，Mg-4.5Zn-1Nd的伸長率達到11.8%[87]。在Mg-5Zn-0.6Zr合金中添加3%的Gd，在伸長率提高到10.5%的情況下，最大抗拉強度和屈服強度分別達到230 MPa和109 MPa[88]；若復合添加2%的Nd和1%的Y，伸長率可以提高到12%[89]。

表9 單 β 相 Mg-Li合金的拉伸力學性能Table9 Mechanical properties of as-cast Mg-Li alloys of single β phase

表10 鑄態 Mg-Zn-RE 鎂合金的拉伸力學性能Table10 Mechanical properties of as-cast Mg-Zn-RE magnesium alloys

Mg-Zn-RE系列鎂合金具有較高的強度，鑄態伸長率也可以達到12%，但進行塑性加工仍然較困難，也推高了合金的使用成本，只能在航空航天等少數領域應用。稀土元素在Mg-Zn合金中的溶解度和所形成的化合物種類以及分布形態不同，對鎂合金塑性的影響作用也不同。此外，Mg-Zn-REZr合金還缺乏含稀土元素第二相的資料和數據，物相難以標定，加工及熱處理工藝對合金性能的提高作用尚不明朗。總的說來，Mg-Zn-RE合金有較大的發展潛力，但也有待繼續研究。

1.4 Mg-RE 合金

鎂合金中的稀土元素（RE）既可固溶，也能形成種類、分布、形態不同的高熔點金屬間化合物，細化合金晶粒，提高合金的鑄造性能，提升常溫和高溫力學性能，還能減小氧化和燒蝕，提高抗腐蝕性和燃點。使用較多的是Y和Gd等重稀土元素、Nd等輕稀土元素，且通常是幾種稀土元素混合添加。

Y元素在鎂中的固溶度可達12%，有顯著的時效硬化效果。典型的如高強耐熱的Mg-4.0Y-2.25Nd-1.0RE（重）-0.5Zr（WE43）合金，具有優良的抗蠕變性能，且穩定性好，能在較惡劣的環境中服役，但其塑性不甚理想，鍛造溫度較高，變形加工性不好，目前主要以鑄件形式在航空航天等尖端領域內應用。由于Y還能降低鎂晶格的c/a軸比而提高塑性，故含Y鎂合金的潛力較大，有待深入開發。

Mg-Gd合金中，Gd含量過低時，合金力學性能不佳，時效硬化特性不明顯；Gd含量過高則合金密度過大、成本過高，且化合物第二相粗大，合金塑性過低。經熱處理后Mg-Gd-Y-Zn-Zr鎂合金鑄件強度可以達到300 MPa以上，但伸長率一般低于5%。重慶市科學技術研究院與重慶大學聯合開發了Mg-Gd-Y-Zn-Zr（VW92E）鎂合金，該合金強度較高，并具有較好的塑性。如表11，經T6熱處理后，VW92合金的屈服強度達到284 MPa，抗拉強度達到357 MPa，伸長率接近10%。同時，該合金還具備優良的鑄造性能和極佳的高溫力學性能以及較好的疲勞性能，其各項性能指標均遠遠優于WE43A鎂合金，可以完全替代WE43A鎂合金。

在鎂合金中，稀土元素對塑性和強度影響機理的研究沒有得出一致的結論，有待繼續研究。此外，含稀土鎂合金的生產成本較高，目前僅限于航空航天等少數領域應用。

表11 VW92 合金在不同狀態下的室溫拉伸性能Table11 Mechanical properties of VW92 magnesium alloys

2 鑄造工藝的影響

改進鑄造工藝（如提高鑄造冷卻速率），是有效的、實際生產應用較多的提高鎂合金性能的方法；電磁攪拌、球化處理、熔體過熱等方法，也在逐步發展中。

2.1 快冷鑄造

鑄造過程中加大冷卻速率，會使合金液迅速達到較大的過冷度，縮短晶粒長大的時間，從而抑制晶粒長大，使晶粒細化，提高合金綜合力學性能[91]。表12列出了冷卻速率不同的多種鑄造工藝下鎂合金的力學性能。如擠壓鑄造的AZ31合金在保持較高抗拉強度的情況下，伸長率達20%以上[90]；金屬型重力鑄造的AZ31-0.8Gd合金的抗拉強度為210 MPa，伸長率可達18.3%[20]；采用壓鑄工藝獲得的Mg-6Al-1Sm合金，伸長率為16.5%，抗拉強度高達285 MPa[93]。

表12 快速冷卻鑄造工藝對鎂合金力學性能的影響Table12 Effects of rapid cooling casting on mechanical properties of magnesium alloys

快速凝固（RSP）工藝的冷卻速率很大，有利于減少成分偏析，顯著細化晶粒，大幅度提高力學性能。與常規鑄造工藝相比，快速凝固可以提高伸長率5%～15%，熱處理后可高達20%以上。快速凝固狀態下，Mg-5RE-5Al（EA55RS）鎂合金的屈服強度和伸長率分別達到343 MPa和13%，Mg21Zn23Y合金的抗拉強度和伸長率達600 MPa和16%[94-95]，Mg-5Zn-5Nd合金的伸長率高于11%[96]。

2.2 電磁攪拌

熔煉時，對合金熔體施加電磁場，可以對合金產生攪拌效應，使合金熔體的流動更加均勻，有利于除去合金中的雜質，改善鑄態合金的晶粒尺寸，提高合金的力學性能。例如，經過電磁攪拌制備的AZ31鎂合金鑄坯，伸長率高達18.4%，固溶處理后增至23%[97]，但外加電磁場的作用，是基于合金中的元素對電磁場的感應，與合金元素的種類、濃度、組合等相關，因此，不同合金效果差異較大。表13數據顯示，外加電磁場對Mg-9Li-5Al-1Zn合金有較為明顯的影響，電磁攪拌80 min時合金鑄錠的塑性最好，達到27%，但對Mg-8Li-3Al-0.5Ca合金的塑性影響并不明顯。

此外，還可以通過球化處理、熔體過熱方法等來提高鑄造鎂合金的性能。例如，通過對AZ80連鑄板的球化處理，使伸長率提高2倍以上，達到10%左右[100]；通過改變熔體過熱度，使AZ91的鑄態伸長率達到了國外AZ91壓鑄態的水平[101]。

表13 熔煉外加電磁場對 Mg-Li合金力學性能的影響Table13 Effects of electromagnetic field on mechanical properties of Mg-Li alloys

3 總結與展望

提高鑄態鎂合金力學性能的方法中，合金化方法和改進鑄造工藝是最為常用的兩種。合金化方法中添加的合金元素，能加大鑄造過程中的成分過冷，增加形核率和晶粒數量，并在凝固前沿富集，產生金屬間化合物等第二相，抑制晶粒長大，從而細化合金晶粒；合金元素與Mg等的結合，可以減少合金中的Mg17Al12，使第二相彌散分布，這些都可以提高合金的綜合力學性能，但過多的合金元素帶來的大量第二相顆粒，會割裂合金基體，對合金性能產生不利影響。合金化元素對合金力學性能的影響，往往是晶粒細化與生成第二相這兩種機制共同作用的綜合結果。熱處理能改變化合物第二相的數量與分布，從而對合金性能產生一定的影響。在合金化方法中，多種元素復合添加的方式，合金元素的使用量不多，但對力學性能的提升效果較好，甚至可以同時提高強度和塑性。在合金元素中，Sn元素對Mg-Al合金的性能有良好的改善作用、稀土元素能提高鎂合金綜合力學性能與使役性能，但稀土元素對鎂合金性能的影響機理還有待進一步研究，相關合金有待開發。

合金化方法多受制于合金化元素的資源和價格，而改進鑄造工藝則限制相對較小，有利于在生產中廣泛使用。例如，使用水冷、壓鑄等快速冷卻方法提高鑄造冷卻速率，加大成分過冷，細化合金晶粒；對熔體外加電磁場，也有一定的晶粒細化效果，但不少方法目前還處于研究與開發初期，其作用與規律有待深入研究。