原标题：为最轻金属“量体裁衣”：双相Mg-9Li合金热加工工艺取得新突破

导读

它是目前最轻的金属结构材料，密度仅为1.35–1.65 g/cm³，比普通镁合金还轻，在航空航天和3C产品轻量化中扮演着关键角色。它就是镁锂（Mg-Li）合金。然而，如何通过热加工“驯服”这种材料，使其展现出最佳性能，却是一大难题。一项最新研究通过精密实验和建模，成功为双相Mg-9Li合金绘制了一份详尽的“热加工食谱”。

镁锂（Mg-Li）合金被誉为金属材料界的“轻量化冠军”，其卓越的比强度、阻尼性和电磁屏蔽性能，使其在追求极致轻量化的航空航天、高端电子产品等领域具有不可替代的地位。其中，Mg-9Li合金是一种典型的双相合金（含有密排六方HCP和体心立方BCC两种结构），相比纯镁，其可启动的滑移系更多，因而塑性变形能力显著提升。

然而，这种双相结构也使得其在热加工（如锻造、挤压）过程中的变形行为变得复杂。温度、应变速率等工艺参数若控制不当，极易导致产品出现缺陷，性能不达标。因此，精确揭示Mg-9Li合金在高温下的变形规律，建立能够预测其行为的数学模型，并最终确定一套安全、高效的“热加工工艺窗口”，对于推动该合金的工业化应用至关重要。

【内容来源】

本文内容基于内蒙古科技大学材料科学与工程学院丁赛朋、李瑞红等人发表在《特种铸造及有色合金》2025年第6期的研究论文《双相Mg-9Li合金的热变形行为及热加工图研究》。该研究通过对铸态双相Mg-9Li合金进行系统的热压缩模拟实验，获取了在不同温度和应变速率下的变形数据；基于此，成功构建了能够精确描述该合金热变形行为的本构模型，并绘制了指导实际生产的热加工图，最终确定了其最优的热加工参数范围。

【研究亮点】

本研究系统揭示了双相Mg-9Li合金在高温下的流变应力行为，发现其具有明显的正应变速率敏感性和潜在超塑性特征；通过严谨建模，获得了其热变形激活能（91.9 kJ/mol），并建立了高精度的双曲正弦Arrhenius本构方程；最具工程价值的是，研究绘制了不同应变下的热加工图，清晰界定了“失稳区”和“安全加工区”，为该合金的实际热加工提供了精确可靠的工艺参数指南。

【研究方法】

研究首先在氩气保护下熔炼并制备了成分精确的铸态Mg-9Li合金试样。利用Gleeble-3500热模拟试验机，对试样进行了系统的等温热压缩实验，变形温度范围覆盖200–380℃，应变速率范围跨越0.01–10 s⁻¹。通过记录这些条件下的真应力-真应变曲线，获取了合金高温变形的基础数据。基于这些数据，采用双曲正弦修正的Arrhenius模型来构建描述流变应力、应变速率和温度之间关系的本构方程。最后，根据动态材料模型（DMM）理论，绘制了热加工图，通过分析功率耗散系数和失稳判据，确定了合金的失稳区域和安全加工区域。

图1　热压缩试验工艺流程

【内容解读】

详细分析了双相Mg-9Li合金的热变形行为。通过真应力-真应变曲线，揭示了合金流变应力随真应变增加而上升，最终趋于稳定，表现出稳态流变特征。峰值应力随变形温度升高而降低，随应变速率增大而增加，表明合金为正应变速率敏感指数材料。构建了Arrhenius本构模型，通过线性回归分析得出了合金的热变形激活能Q=91.9 kJ/mol，接近晶界扩散激活能，表明晶界滑移是主要塑性变形机制。热加工图显示，安全加工区域主要集中在低应变速率区域，失稳区域在高应变速率区域，功率耗散系数较高时合金组织变形更均匀。综合分析，安全加工区域为变形温度315~380℃、应变速率0.16~0.30 s-1。

图2　Mg-9Li合金在不同温度和应变速率下的真应力-真应变曲线

图3　合金在不同变形条件下的峰值应力变化曲线

图4　n，β，m相关线性拟合关系

图5　ln［sinh（ασ）］-［103 T-1］与［ln ε］-ln［sinh（ασ）］相关线性拟合关系

图6　-的线性拟合关系

图7　Mg-9Li合金在不同真应变下的热加工图

图8　不同功率耗散系数下铸态压缩试样金相组织

【主要结论】

变形行为：双相Mg-9Li合金表现为正应变速率敏感性材料，其流变应力随温度升高而降低，随应变速率增大而升高。

变形机制：合金的热变形激活能为91.9 kJ/mol，表明其高温变形主要由晶界扩散控制的晶界滑移机制主导。

模型精度：建立的Arrhenius本构模型能高精度预测合金的热变形行为。

工艺窗口：获得了该合金最优的热加工工艺参数窗口：变形温度315-380℃，应变速率0.16-0.30 s⁻¹。在此范围内加工，可避免缺陷，获得理想的组织和性能。

作者

丁赛朋，李瑞红，李佳傲，等. 双相Mg-9Li合金的热变形行为及热加工图研究[J].

本文转载自：《特种铸造及有色合金》