擠壓比

兩種擠壓比(16和32)條件下，擠壓態Mg-6xZn-xY合金微觀組織中a-Mg基體晶粒尺寸隨着Zn、Y含量的增加而逐漸減小。Mg-Zn-Y合金經熱擠壓後，微觀組織均不同程度出現了細小的再結晶晶粒。當合金中Zn、Y元素含量相同，擠壓比由16增加至32時，a-Mg基體晶粒尺寸顯著減小，再結晶過程更加充分。擠壓比為32和16時，試樣所對應的真應變分別為3.45和2.76，擠壓速度大致相同，因此擠壓比越大，應變速率越大。Mg-Zn-Y合金平均晶粒尺寸與Z函數有關。

當應變速率較快時，Mg-Zn-Y合金中位錯密度越來越嚴重並且聚集在晶界處，導致擠壓比較大的試樣晶界處的晶格畸變程度較高，貯存能量更高，為動態再結晶形核提供有利條件。

擠壓態Mg-6Zn-1Y和Mg-4.5Zn-0.75Y(擠壓比32)合金主要由a-Mg、I相、X相(Mg-Zn-Y)組成。 隨着Zn、Y含量的增多，第二相體積百分含量增多。當合金中zn、Y元素含量相同時，擠壓比為32的Mg-Zn-Y合金微觀組織中第二相體積百分含量較擠壓比為16的多，其中，前者第二相顆粒尺寸更小且在基體中分佈更彌散。Mg-6Zn-1Y微觀組織中有許多不規則的第二相顆粒聚集到一起，這是因為合金元素含量較高，第二相含量較多，尺寸較大，從而導致擠壓過程中易出現聚集現象。

採用定量金相法對不同擠壓比下的Mg-Zn-Y合金微觀組織中曠Mg基體平均晶粒尺寸和第二相體積百分含量行統計。當擠壓比為16時，Mg-3Z-0.5Y中第二相體積百分含量約為4.5%，而Mg-6Zn-lY中第二相體積百分含量約為10.6%，相對應試樣的a-Mg基體平均晶粒尺寸由20.2μm減小到14.6μm。而擠壓比為16的合金中第二相主要為I相，I相與a-Mg基體之間的界面能很低，易形成穩定結構，因此I相可以有效抑制位錯運動。在熱變形過程中，I相周圍位錯密度顯著高於其他區域，而再結晶易發生在晶格畸變處，因此I相可以抑制再結晶晶粒長大。當合金中Zn、Y元素含量相同時，擠壓比為32的Mg-Zn-Y合金微觀組織中第二相體積百分含量相對較多，a-Mg基體平均晶粒尺寸較小 ^[1]  。

隨着擠壓比從16增加到32時，Zn、Y元素含量相同的Mg-Zn-Y合金抗拉強度和屈服強度均大幅提高。其中，合金抗拉強度由264 MPa(擠壓比16)提高到337腳a(擠壓比32)，提高了27.7%。屈服強度由169MPa(擠壓比16)提高到237MPa(擠壓比32)，提高了40.3%，而延伸率卻從19.2%降至14.6%。

擠壓比為16時，Mg-Zn-Y合金微觀組織中第二相較多，呈顆粒狀分佈在曠Mg基體中，因此相比擠壓態Mg-6xZn-xY合金a-Mg基體晶粒尺寸及第二相含量於擠壓比為32時的Mg-Zn-Y而言，其第二相對a-Mg基體變形阻礙作用減弱，塑性有一定提升。

擠壓比為32時，動態析出的第二相密集地分佈在晶界處，從而能夠阻礙位錯運動，促進位錯堆積。另外，I相與a-Mg基體形成穩定的界面，阻礙原子擴散，抑制晶粒長大。同時，Zn、Y元素含量相同的合金，擠壓比大，I相體積百分含量就多。I相粒子對晶界有很強的釘扎作用，能夠阻礙晶界之間的相對滑移，從而使合金的強度提高。

而且，擠壓比為16時，隨着Zn、Y含量的增高，I相體積百分含量也增高，合金的強度和延伸率都有提高。因此，I相在熱變形過程中展現了良好的塑性和強化作用。

擠壓比同變形程度有如下關係：

(1)擠壓比增大時，金屬流出模孔的困難程度會增大，擠壓力也增大；

(2)當其他條件相同時，擠壓比增大，擠壓時錠坯外層金屬向模孔流動的阻力也增大，因此使內外部金屬流動速度差增大，變形不均勻；

(3)但當擠壓比增加到一定程度後，剪切變形深入到內部，變形開始向均勻方向轉化。研究證明，當擠壓變形程度達到85%～90%時，擠壓金屬流動均勻，製品內外層的力學性能也趨於均勻。

擠壓比的選擇與合金種類、擠壓方法、產品性能、擠壓機能力、擠壓筒內徑及錠坯長度等因素有關。如果擠壓比值選用過大，擠壓機會因擠壓力過大而發生“悶車”，使擠壓過程不能正常進行，甚至損壞工具，影響生產率。如果擠壓比值選用過小，擠壓設備的能力不能得到充分利用，也不利於獲得組織和性能均勻的製品。擠壓比一般應滿足下列要求：

1.一次擠壓的棒、型材≥8～12；

2.軋製、拉拔、鍛造用毛坯≥5；

3.二次擠壓用毛坯不限 ^[2]  。

合金在兩種擠壓比下的室温拉伸斷口形貌，斷口處存在大量韌窩，因此判定為韌性斷裂。大部分韌窩底部均可以清晰地看到第二相顆粒，韌窩尺寸也與第二相顆粒尺寸呈一定的正相關關係。由位錯理論可知，第二相顆粒周圍堆積位錯環，當受外力時，第二相顆粒周圍的位錯環會向第二相顆粒移動。當第二相顆粒與基體界面產生顯微空洞後，後續的位錯環不斷移向顯微空洞，使顯微空洞不斷長大、聚集。

合金在不同擠壓比下的拉伸斷口形貌中韌窩形狀有明顯不同。當擠壓比為16時，斷口形貌中韌窩為拉長韌窩；而擠壓比為32時，斷口形貌中韌窩為等軸韌窩。這是試樣受不同應力狀態所造成的。當試樣僅受拉伸應力作用時，韌窩形狀為等軸狀。

擠壓比為16時，合金表現為典型的45°剪切斷口形貌。當材料的抗剪切強度低於其抗拉強度時，在試樣橫截面的應力雖未達到其抗拉強度，但沿45°切應力足以讓試樣破壞，被拉長的韌窩也恰好説明此點。擠壓比為32時，合金斷口表面較平坦，為正斷形貌。

(1)隨着擠壓比由16增加至32，Mg-Zn-Y合金中第二相體積百分含量增多，a-Mg基體晶粒尺寸減小，合金的強度得到提高。

(2)當擠壓比為32時，Mg-Zn-Y合金的綜合力學性能較優，抗拉強度、屈服強度及延伸率分別達到了337MPa、237MPa和14.6%。

(3)在兩種擠壓比下，Mg-Zn-Y合金均呈現良好的塑性，室温拉伸均為韌性斷裂 ^[3]  。