鋁鎂合金是最輕的工程金屬材料之一，具有很好的比強(qiáng)度、比剛度等性能，特別適合制造有重量輕、強(qiáng)度高、減震降噪要求的工程結(jié)構(gòu)部件和有一定強(qiáng)度要求的殼體類(lèi)零件。中國(guó)作為鋁鎂資源大國(guó)，如何利用鋁鎂資源的優(yōu)勢(shì)正受到越來(lái)越多國(guó)內(nèi)有識(shí)之士的關(guān)注。隨著鋁鎂合金及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，鋁鎂合金在中國(guó)各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用也得到了進(jìn)一步的推廣。下面分別介紹中國(guó)在新型鋁鎂合金開(kāi)發(fā)和加工工藝（液態(tài)成型、固態(tài)成型和半固態(tài)成型三個(gè)方面）的研究進(jìn)展。
 
 一、新型鋁鎂合金的開(kāi)發(fā) 
 
 由于交通工具輕量化的推動(dòng)，世界各國(guó)都展開(kāi)了對(duì)鋁鎂合金的研究，尋找一種可以滿足要求的新型合金，是各國(guó)科技工作者的一個(gè)共同目標(biāo)，在這方面中國(guó)科技人員也進(jìn)行了大量的研究工作。限制鋁鎂合金發(fā)展的一個(gè)主要原因是鋁鎂合金的高溫性能——抗蠕變能力和高溫疲勞性能較差，因此新材料的研發(fā)主要是針對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行的，概括的說(shuō)主要包括兩個(gè)方面：一是對(duì)現(xiàn)有合金的優(yōu)化，主要是針對(duì)現(xiàn)有的商業(yè)鋁鎂合金，特別是對(duì)Mg-Al系合金進(jìn)行改性，通過(guò)添加合金元素以期改善合金的高溫性能；二是新合金系的開(kāi)發(fā)，主要是指新型Mg-RE系合金的研發(fā)。

1. Mg-Al耐熱鋁鎂合金 
 
 目前，對(duì)于Mg-Al 系耐熱鋁鎂合金的研究主要集中在以下兩方面：1 AZ 系(Mg-Al-Zn) 鋁鎂合金的耐熱性改善,其主要通過(guò)添加微量合金元素(如RE、Si、Ca、Ba、Bi、Sb和Sn等) 改善AZ系合金中β相（Mg17Al12）的形態(tài)結(jié)構(gòu)和/或形成新的高熔點(diǎn)、高穩(wěn)定性的第二相來(lái)提高其耐熱性；2 新型耐熱鋁鎂合金系列的開(kāi)發(fā)，其主要以Mg-Al二元合金為基礎(chǔ)，通過(guò)單獨(dú)或復(fù)合添加Si、RE、Ca、Sr等合金元素，以形成具有抗高溫蠕變性能的新型耐熱鋁鎂合金系列。表1顯示了部分新開(kāi)發(fā)的Mg-Al系耐熱鋁鎂合金的化學(xué)成份及主要強(qiáng)化相。 
 
 2. Mg-RE合金 
 
 稀土元素的價(jià)格相對(duì)較為昂貴，但由于稀土元素特殊的價(jià)電子結(jié)構(gòu)以及在鋁鎂合金中的顯著的強(qiáng)化效果，使Mg-RE系成為發(fā)展高強(qiáng)度耐熱鋁鎂合金的一個(gè)重要合金系。中國(guó)關(guān)于Mg-RE系合金的研究近年來(lái)不斷增多和深入，中國(guó)作為稀土資源第一大國(guó)，鋁鎂稀土合金的成功研發(fā)將有助于我們利用這一優(yōu)勢(shì)。 
 
 混合稀土，尤其是輕稀土，是較早發(fā)現(xiàn)對(duì)鋁鎂合金具有良好強(qiáng)化效應(yīng)的元素。上海交通大學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)，在中國(guó)牌號(hào)ZM6合金的基礎(chǔ)上通過(guò)純釹元素替代富釹混合稀土、調(diào)整合金元素含量范圍以及添加微量合金元素等手段開(kāi)發(fā)的Mg-2.5~3.5Nd-0.2Zn-0.5Zr-X合金的綜合性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)ZM6合金和EZ33A合金，而且無(wú)須氫化處理。這種合金采用了高溫固溶工藝，從而可以提高固溶處理后的Nd元素在基體中的固溶量以及后續(xù)時(shí)效強(qiáng)化效果。

稀土元素Y和Gd的優(yōu)良時(shí)效強(qiáng)化作用是近年的重要發(fā)現(xiàn)之一。何上明等人在Rohklin和Kamado等人的工作基礎(chǔ)上系統(tǒng)地研究了Mg-Gd-Y-Zr-Ca系合金的顯微組織和力學(xué)性能，并開(kāi)發(fā)高強(qiáng)度鋁鎂合金Mg-10Gd-3Y-0.6Zr-0.4Ca（GW102K)以及Mg-12Gd-3Y-0.4Zr-0.4Ca（GW123K)，兩種合金經(jīng)過(guò)熱擠壓后的力學(xué)性能如圖1所示。與日本Kamado等人的研究結(jié)果不同的是，他們發(fā)現(xiàn)Mg-Gd-Y-Zr系合金的時(shí)效沉淀析出順序應(yīng)為Mg(SSSS) → β〞（D0₁₉） → β′（bco） →β1（fcc） →β（fcc），而不是常規(guī)報(bào)導(dǎo)的Mg（SSSS） → β〞（D0₁₉） → β′（bco） →β（bcc）序列，其中β〞 和β′在時(shí)效峰值處共存，并以極細(xì)的針狀或片狀彌散析出，沿鋁鎂基體的{11-20}棱面分布，首次在該合金系內(nèi)發(fā)現(xiàn)一種具有面心立體的新型過(guò)渡相β1，該相在基面上呈現(xiàn)菱形顆粒狀。幾種主要的過(guò)渡相的形貌與斑點(diǎn)如圖2所示。 

此外，上海交通大學(xué)還對(duì)Mg-Dy-Nd，Mg-Y-Sm，Mg-Gd-Nd等其它稀土系合金進(jìn)行了研究與優(yōu)化，得到不同稀土含量的鋁鎂合金，與Mg-Gd-Y和Mg-Nd系合金類(lèi)似，這些鋁鎂稀土系主要強(qiáng)化方式為高溫時(shí)效析出的亞穩(wěn)相，因此具有良好的強(qiáng)度與耐熱性，為高強(qiáng)度耐熱鋁鎂合金。

二、液態(tài)成型 
 
 當(dāng)前，鋁鎂合金的液態(tài)成型仍然以壓力鑄造(HPDC)、重力鑄造為主，鋁鎂合金采用其它鑄造方式，如低壓鑄造(LPDC)、熔模鑄造等形式較少，表2為2005年中國(guó)國(guó)內(nèi)鋁鎂合金消費(fèi)領(lǐng)域的比較（來(lái)自鋁鎂業(yè)分會(huì)）。

 中國(guó)鋁鎂合金零部件的主要生產(chǎn)廠家有一汽鑄造公司、東風(fēng)汽車(chē)公司、上海鋁鎂鋁鎂合金壓鑄有限公司、長(zhǎng)安汽車(chē)等。這些公司的產(chǎn)品以汽車(chē)用鋁鎂合金壓鑄件為主。此外，臺(tái)灣香港等企業(yè)在大陸投資的鋁鎂成型企業(yè)主要生產(chǎn)3C鋁鎂合金壓鑄件，目前已經(jīng)成為全球最大的3C鋁鎂合金零件供應(yīng)商。利用鋁鎂合金壓鑄件代替?zhèn)鹘y(tǒng)鑄鐵、鑄鋼件，甚至代替鋁合金壓鑄件，正成為制造業(yè)特別是汽車(chē)制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。 
 
 隨著模具設(shè)計(jì)水平和壓鑄零件性能的提高，鋁鎂合金壓鑄件的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)從傳統(tǒng)的筆記本電腦外殼、手機(jī)外殼等發(fā)展到了發(fā)動(dòng)機(jī)支架、輪轂、框架件等受力部件以及安全部件。為了滿足不斷提升的零件性能要求，在傳統(tǒng)壓鑄工藝的基礎(chǔ)上衍生出了真空壓鑄、擠壓鑄造、低壓鑄造、超低速壓鑄等諸多技術(shù)分支。 
 
 真空壓鑄是一種在壓射過(guò)程中抽除型腔和壓室內(nèi)的氣體，從而減少鑄件中的氣孔缺陷，提高鑄件質(zhì)量的壓鑄工藝。該工藝以其極低的鑄件含氣量、較好的設(shè)備兼容性和優(yōu)異的鑄件性能等優(yōu)點(diǎn)得到了高度重視和大力發(fā)展。

 上海交通大學(xué)輕合金國(guó)家工程中心對(duì)鋁鎂合金AZ91D的真空壓鑄進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明﹕真空壓鑄可以明顯降低AZ91D壓鑄件中孔洞的含量，改善合金填充過(guò)程，提高合金的密度，特別是提高遠(yuǎn)離澆口處的密度（圖3）；真空壓鑄鑄件經(jīng)過(guò)熱處理后相對(duì)于普通壓鑄而言表面氣泡有明顯改善（圖4），只有微量氣泡產(chǎn)生，鑄件可以熱處理；真空壓鑄件熱處理后，由于AZ91D的固溶強(qiáng)化和時(shí)效強(qiáng)化效果，合金T4與T6態(tài)的力學(xué)性能較壓鑄態(tài)有明顯的改善，抗拉強(qiáng)度平均提高80MPa以上。清華大學(xué)也對(duì)鋁鎂合金的真空壓鑄進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明隨著真空度的提高，合金的強(qiáng)度與延伸率呈上升趨勢(shì)，真空壓鑄提高了合金的室溫力學(xué)性能。

 重慶大學(xué)采用一種新型的擠壓鑄造方式生產(chǎn)鋁鎂合金摩托車(chē)輪轂，取得了較好的結(jié)果：本體拉伸性能為230~250MPa，延伸率10~16%，同時(shí)生產(chǎn)效率較高。上海交通大學(xué)對(duì)鋁鎂合金擠壓鑄造的研究也在進(jìn)行當(dāng)中，鋁鎂合金AZ91D擠壓鑄造后的金相如圖5所示，合金中第二相分布比較細(xì)小，有利于提高合金性能。合金鑄態(tài)下的室溫抗拉強(qiáng)度在200-230MPa，相對(duì)于重力鑄造有明顯提高，約15-30%，達(dá)到壓鑄水平；同時(shí)由于合金致密無(wú)缺陷，又可以發(fā)揮合金熱處理強(qiáng)化的優(yōu)勢(shì)。 
 
 低壓鑄造是介于重力鑄造和高壓鑄造的一種鑄造方法，具有充型平穩(wěn)，補(bǔ)縮效果良好的特點(diǎn)。同時(shí)密封充型可以防止鋁鎂合金暴露在大氣中而引起氧化燃燒，是鋁鎂合金成型方法中一種比較好的方式。但長(zhǎng)期以來(lái)這種成型方式在鋁鎂合金中應(yīng)用很少，主要是人們對(duì)于鋁鎂合金低壓鑄造的過(guò)程缺乏了解。 
 
 上海交通大學(xué)對(duì)鋁鎂合金AZ91D和AM50低壓鑄造工藝進(jìn)行了研究，結(jié)果表明AZ91D低壓鑄造時(shí)組織中很容易產(chǎn)生縮松，而且第二相和晶粒很容易粗化，對(duì)合金性能產(chǎn)生負(fù)面影響，因此在采用低壓鑄造生產(chǎn)鋁鎂合金AZ91D鑄件時(shí)，對(duì)工藝參數(shù)的控制要求比較嚴(yán)格，采用優(yōu)化后的工藝才可以生產(chǎn)出致密的鑄件；而AM50合金的低壓鑄造性能比較優(yōu)良，容易得到致密的鑄件，但合金的屈服強(qiáng)度較低。 
 
 超低速壓鑄是在常規(guī)壓鑄的基礎(chǔ)上，降低壓鑄時(shí)低速階段的壓射速度，從而達(dá)到減輕壓鑄過(guò)程中卷氣現(xiàn)象的一種新工藝。清華大學(xué)對(duì)鋁鎂合金的超低速壓鑄進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)在壓鑄充型過(guò)程中，低速階段的壓射速度對(duì)壓室液態(tài)金屬流動(dòng)形態(tài)及壓室中氣體的卷入情況影響較大，存在一個(gè)臨界低速速度。在該速度條件下，液體金屬在壓室中的流動(dòng)將不會(huì)卷入氣體。在此基礎(chǔ)上，他們提出了優(yōu)化的低速壓射工藝：在壓射充填階段采用優(yōu)化的低速速度，而在流道系統(tǒng)充填階段降低速度以保證流道系統(tǒng)的平穩(wěn)充填。 
 
 熔模鑄造在鋁鎂合金中采用的比較少，尚處于研發(fā)階段。上海交通大學(xué)等高校對(duì)AZ91D熔模鑄造進(jìn)行了嘗試，發(fā)現(xiàn)合金中第二相和晶粒比低壓鑄造更易粗化，鑄造中應(yīng)當(dāng)采用必要的細(xì)化措施。而對(duì)于采用Zr細(xì)化的鋁鎂合金而言，熔模鑄造并不會(huì)帶來(lái)晶粒的明顯粗化，目前為止，已經(jīng)有性能良好的熔模鑄造鑄件產(chǎn)出。 
 
 電磁鑄造對(duì)AZ91D的組織有一定的細(xì)化作用，可以使Mg₁₇Al₁₂相和共晶組織增多，有利于Zn元素的均勻分布。快速凝固AZ91D合金薄帶截面組織由靠近輥面晶粒約9μm的粗大等軸晶區(qū)、中部方向不同的柱狀晶區(qū)和自由表面層晶粒在215～4μm的細(xì)小等軸晶區(qū)三部分組成，三層組織均為過(guò)飽和α-Mg固溶體，并觀察到較高的位錯(cuò)密度?？焖倌虠l件下的壓縮強(qiáng)度均高于鑄態(tài)，并隨冷卻速度的增大，壓縮性能有所降低。
 
 三、固態(tài)成型 
 
 鋁鎂合金固態(tài)成型產(chǎn)品與鑄態(tài)相比具有明顯的性能優(yōu)勢(shì)，因此鋁鎂合金型材板材的應(yīng)用前景被廣泛看好，國(guó)內(nèi)鋁鎂合金型材板材的應(yīng)用也呈較快的上升趨勢(shì)。據(jù)有關(guān)專(zhuān)家預(yù)測(cè)，在未來(lái)10-15年鋁鎂合金板材巿場(chǎng)將會(huì)達(dá)到15-20萬(wàn)噸。從應(yīng)用來(lái)看，中國(guó)部分企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)具備鋁鎂合金固態(tài)成型加工能力。中鋁洛陽(yáng)銅業(yè)有限公司依靠自主創(chuàng)新成為中國(guó)首家打入世界鋁鎂合金板材產(chǎn)品高端巿場(chǎng)的企業(yè)，目前該公司生產(chǎn)的鋁鎂合金連續(xù)鑄扎薄板已經(jīng)成功的應(yīng)用在了美國(guó)波音公司生產(chǎn)的飛機(jī)上。以上海交通大學(xué)為技術(shù)依托的上海美格力輕合金制品有限公司的鋁鎂合金型材也銷(xiāo)售良好，呈較快的發(fā)展勁頭。此外，東北輕合金加工廠、營(yíng)口銀河鋁鎂鋁合金公司、福州華鋁鎂新技術(shù)開(kāi)發(fā)公司、重慶奧博鋁材制造公司等國(guó)內(nèi)多家企業(yè)也都具備了生產(chǎn)鋁鎂合金擠壓型材和軋板的能力。

 鋁鎂合金在室溫下塑性很低，延伸率只有4%～5%，容易脆裂，軋制加工比較困難，但200℃以上時(shí)塑性明顯提高，使擠壓加工成為理想的方法。目前，鋁鎂合金管材、棒材、型材、帶材主要采用擠壓方法加工成形。擠壓成型方式相對(duì)于鑄造方式而言可以明顯提高合金力學(xué)性能，如AZ91D經(jīng)過(guò)擠壓后合金拉伸強(qiáng)度和塑性均得到提高，抗拉強(qiáng)度由鑄態(tài)的205MPa 提高到336MPa，延伸率由鑄態(tài)的6%提高到11%。圖6為上海交通大學(xué)研制的鋁鎂合金型材與管材。

 軋制是鋁鎂合金薄板的主要成型方式，陳彬等人的研究表明，AZ31鋁鎂合金在鑄態(tài)和擠壓態(tài)下都可以軋制出性能良好的鋁鎂板；如圖7所示，上海交通大學(xué)已經(jīng)成功軋制出AZ31薄板(0.5～4mm)，目前正與企業(yè)合作進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)的嘗試。湖南大學(xué)對(duì)鋁鎂合金的異步軋制進(jìn)行了研究，結(jié)果表明異步軋制可使其晶粒得到細(xì)化，基面織構(gòu)減弱，力學(xué)性能提高。中南大學(xué)在AZ31中添加少量稀土元素，發(fā)現(xiàn)少量的Ce和Nd的加入可以提高軋制后合金的強(qiáng)度與塑性。 
 
 利用沖壓工藝可制造出各種形狀復(fù)雜的工件， 這對(duì)鋁鎂合金在汽車(chē)、3C等產(chǎn)品上的應(yīng)用極具吸引力。沖壓工藝中以拉深工藝較為典型，拉深是把平面形狀的毛坯，借助于模具的作用，制成開(kāi)口空心形狀零件的一種沖壓工藝方法。以往拉深研究中以AZ31合金為主，目前研究有擴(kuò)展到其它合金的趨勢(shì)。南昌大學(xué)對(duì)Mg-Mn-RE合金的拉深性能進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)合金的拉深高度對(duì)拉深溫度有明顯的依賴(lài)性，拉深溫度越高拉深高度也越高。暨南大學(xué)對(duì)ZE10合金拉深性能的研究表明，230℃拉深時(shí)，在沖頭溫度為20～50℃、拉深速度為50mm/min的條件下，可順利拉深最大直徑為142.5mm 的板料，極限拉深比（LDR）為2.85。上海交通大學(xué)也開(kāi)展了這方面的研究，目前在200℃下可以做到LDR>3.2。 
 
 由于鋁鎂合金在較高溫度下特別是在400℃以上很容易產(chǎn)生氧化腐蝕，因此，目前對(duì)鋁鎂合金的熱鍛成形技術(shù)研究不多，精鍛工藝研究更少，發(fā)展也較慢，一定程度上影響了變形鋁鎂合金的大量應(yīng)用。 
 
 最近兩年國(guó)內(nèi)研究鋁鎂合金鍛造有回升的趨勢(shì)，湖南大學(xué)對(duì)AZ80多向鍛造后的組織和力學(xué)性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，多向鍛造工藝下，材料內(nèi)部易形成交錯(cuò)變形帶，有利于組織細(xì)化，形變誘導(dǎo)晶粒細(xì)化是主要的晶粒細(xì)化機(jī)制。晶粒細(xì)化過(guò)程存在一臨界應(yīng)變量εc（2≦εc≦2.4），當(dāng)實(shí)際應(yīng)變量εc超過(guò)臨界應(yīng)變量εc時(shí)，材料基本為動(dòng)態(tài)再結(jié)晶細(xì)晶組織，進(jìn)一步細(xì)化變得困難。多向鍛造后合金力學(xué)性能有了明顯的提高。東北大學(xué)對(duì)AZ31鍛造后的織構(gòu)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)鍛造產(chǎn)生的面織構(gòu)將增加鋁鎂合金的各向異性，不利于改善鋁鎂合金的塑性變形能力和力學(xué)性能。廣州工業(yè)大學(xué)對(duì)鍛造工藝參數(shù)的影響進(jìn)行了研究，結(jié)果表明保持鍛造時(shí)的溫度是保證鍛造質(zhì)量的關(guān)鍵所在，因此每次鍛打的時(shí)間要盡量縮短，而且鍛打之前鍛件保溫時(shí)間要恰當(dāng)。
 
 四、半固態(tài)成型 
 
 半固態(tài)加工技術(shù)是提高鋁鎂合金制件性能的有效途徑之一，這類(lèi)技術(shù)是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，但目前還與實(shí)際生產(chǎn)有一定距離。 
 
 福建工程學(xué)院對(duì)半固態(tài)AZ91D鋁鎂合金組織與性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明坯料微觀組織中未見(jiàn)明顯的溶質(zhì)擴(kuò)散層，在細(xì)小的網(wǎng)狀共晶相中析出了大量的晶粒尺寸為5~10μm的二次α-Mg相；半固態(tài)流變壓鑄成形工藝在提高鑄件致密度的同時(shí)，也提高了鑄件的硬度，與液態(tài)壓鑄成型試樣相比，其密度提高了0.33%，硬度提高了4.6%。南昌大學(xué)對(duì)鋁鎂合金AZ91D的半固態(tài)軋制進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)攪拌速度、鑄軋溫度對(duì)半固態(tài)鋁鎂合金組織有顯著的影響；過(guò)快過(guò)慢的攪拌速度都不利于半固態(tài)組織的形成，試驗(yàn)表明攪拌速度300r/min最佳；鑄軋溫度從高到低，固相率明顯從小到大；半固態(tài)連續(xù)鑄軋技術(shù)可以提高板帶的塑性加工性能，細(xì)化晶粒，提高生產(chǎn)效率。吉林大學(xué)對(duì)不同注射速度的半固態(tài)觸變注射成形鋁鎂合金顯微組織進(jìn)行了分析，結(jié)果表明固相率不能與材料的抗拉強(qiáng)度建立有效的對(duì)應(yīng)關(guān)系，能夠綜合表徵顆粒形態(tài)的分布描述則可以與材料抗拉強(qiáng)度建立有效的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為研究半固態(tài)成型鋁鎂合金的工藝-組織-性能之間的關(guān)系提供了一個(gè)理想的定量分析參數(shù)。 
 
 五、結(jié)束語(yǔ) 
 
 雖然中國(guó)對(duì)各類(lèi)新型鋁鎂合金和鋁鎂合金各種可能的成型方式都進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究，但目前國(guó)內(nèi)鋁鎂合金企業(yè)的產(chǎn)品仍然以商業(yè)鋁鎂合金常規(guī)壓鑄、重力鑄造為主，鋁鎂合金的擠壓、軋制成型工藝剛剛開(kāi)始應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，而半固態(tài)成型等其它成型工藝則使用較少。 
 
 中國(guó)鋁鎂資源極為豐富，2006年原鋁鎂產(chǎn)量達(dá)到52.6萬(wàn)噸（全世界為72.6萬(wàn)噸），如何更好的利用這一得天獨(dú)厚的資源，更好的發(fā)展中國(guó)的鋁鎂產(chǎn)業(yè)，尚需要深入的探討與不斷的創(chuàng)新。雖然目前中國(guó)的鋁鎂產(chǎn)業(yè)大發(fā)展的局面已經(jīng)形成，但鋁鎂的資源優(yōu)勢(shì)尚不能轉(zhuǎn)化為高附加值的產(chǎn)品。中國(guó)鋁鎂加工企業(yè)眾多，但工藝技術(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量、企業(yè)管理等方面與國(guó)外先進(jìn)企業(yè)相比還有很大的差距，彌補(bǔ)這一差距尚需科研院所與鋁鎂合金企業(yè)的共同努力。只有不斷的培育鋁鎂合金巿場(chǎng)、提高中國(guó)鋁鎂加工企業(yè)的技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量，才能提升中國(guó)鋁鎂產(chǎn)品的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，使中國(guó)真正成為鋁鎂合金強(qiáng)國(guó)。