镁合金是最轻的金属结构材料，在汽车、航空航天等领域的结构轻量化方面有广阔的应用前景。然而，镁的晶体对称性低，导致其室温可加工性差。这个缺点推高了镁合金零件的制备成本，严重削弱了这种材料的竞争优势。材料可加工性受到拉伸延伸率和加工硬化率两个因素的影响。采用添加稀土元素、晶粒细化、析出强化等传统方法，一般只能提高镁合金的拉伸延伸率或加工硬化率中的一项，难以同时提高两项。

上海交通大学材料学院的研究人员采用Al和Ca两种常见合金元素，设计了一种新型的镁合金AX61(Mg-6Al-1Ca, wt.%)。在250℃挤压条件下，AX61合金中析出了一种亚微米级尺寸的Al2Ca相，其晶体取向呈随机分布。这些Al2Ca析出相一方面阻碍镁基体中的位错滑移，提高材料的加工硬化率。另一方面，Al2Ca析出相本身具有类似面心立方的晶体结构，可以在其{111}晶面上形成位错和堆垛层错而启动塑性变形。Al2Ca相的内部塑性有效消除了局部应力集中，使材料能够保持高延伸率。Al2Ca相的析出还间接抑制了脆性的Mg2Ca和Mg17Al12相的生成。此外，溶质Al和Ca抑制孪晶形核，同时促进了位错，这些均有利于材料的延伸率提升。

由于上述机制，AX61合金的室温延伸率高达27%，加工硬化量（以拉伸强度和屈服强度之差表示）可达135MPa。上述性能组合高于已知的所有镁合金。这种具有超高可加工性的新型AX61合金无需使用昂贵的稀土元素，通过普通的挤压工艺一步成型，因此其生产成本很低，有很好的实际应用前景。

原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.006)

该工作得到了国家自然科学基金、科技部重点研发计划、青年长江学者奖励计划、上海市青年科技启明星计划的支持。

作者
王乐耘 合金科技