鎂合金的應用由於力學性能差而受到阻礙，目前很多晶粒細化工藝都不適合大規模工業製造。本文利用多方向鍛造方法對Mg-9Al加工，在動態析出強化和細晶強化的共同作用下，提高了合金的強塑性。相比時效而言，可以將時間從幾天縮短為幾分鐘。
鎂（Mg）合金由於密度低，在運輸行業中可顯著減輕重量。然而，鎂合金的應用由於力學性能差而受到阻礙，尤其是低強度和低延展性。晶粒細化是一種可以改善強度和延展性的策略，並且已經通過等通道角擠壓（ECAP），高壓扭轉（HTP）等塑性加工和低溫壓縮或擠壓等方法進行細化晶粒。這些工藝雖然能夠生產出細晶粒結構，晶粒細化到納米級。但由於它們的樣本量有限和苛刻的加工參數，這些工藝大多數都不適合大規模工業製造。
在本項研究中，中南大學劉楚明團隊利用多方向鍛造（MDF）方法對Mg-8.8Al-0.47Zn-0.21Mn-0.17Ag（wt%）鑄錠進行兩輪鍛造，每輪6次依次按Z-X-Y-Z-X-Y方向鍛造，每道次真應變為0.15。研究了該工藝對合金組織性能的影響。相關論文以題為「Increasing strength and ductility of a Mg–9Al alloy by dynamic precipitation assisted grain refinement during multi-directional forging」發表在Materials Science and Engineering: A。
論文連結：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0921509320302781
為了細化晶粒尺寸，應儘可能充分地完成動態再結晶，因此溫度應相對較高，以使晶界的遷移能夠輕鬆進行，這將增加再結晶後晶粒生長的趨勢。通過降低溫度或邊界釘扎顆粒來阻止晶粒生長。因此，在300°C下鍛造的樣品獲得了最佳的晶粒尺寸和最佳的機械性能。該溫度顯著高於典型的175°C時效溫度，由於擴散速率隨溫度呈指數增長，析出動力學要高得多。另外，還可以通過快速擴散通道的緻密晶界來提高動力學。這種高的析出動力學導致大顆粒的快速形成（尤其是在晶界處），有助於阻止晶粒長大並實現細晶粒度的微觀結構。
圖1反極圖，極圖（PF），沿Z方向的基體和Schmid因子以及處理後的Mg-9Al樣品的晶粒尺寸（a-d）MDF；（e-h）MDF+ 350℃，5min；（i-l）MDF+ 400℃，1h
圖2處理過的Mg-9Al樣品的SEM顯微照片（a-c）MDF；（d-e）MDF+ 350℃，5min；（g-i）MDF+ 400℃，1h
結果表明，在動態析出的作用下，晶粒細化（從175到1.5 m）強度增強達到了120 MPa。動態析出伴隨動態再結晶並抑制晶粒長大，因此通過晶界強化而提高了強度。同時， MDF樣品的延展性也顯著高於靜態時效樣品的延展性。MDF樣品中的大多數沉澱顆粒呈球形，並位於晶界。由於球形形態比片狀形態更能防止裂紋擴展，因此對延展性有益。而且位於晶界處的析出物不能有效地阻止位錯在基體中滑動，因此在保持高延展性方面，它們比靜態形成的析出物更有益。同時，延展性的提高可以通過劇烈的形態變化和析出物體積分數的降低來解釋。
圖3（a）Mg-9Al合金的典型拉伸工程應力-應變曲線和綜合力學性能；
（b）處理樣品的Hall-Petch關係
總之，除了改善機械性能，所得的顯微組織還為時效硬化鎂合金的加工路線提供了新的視角。在常規加工中，變形和時效（靜態）通常是分開的。但是，在MDF中，兩個處理步驟在MDF中同時完成。並且將產生具有析出物增強的微結構的時間，從幾天縮短為幾分鐘。如果可以將優異的機械性能和製造優勢擴展到鎂合金的批量生產中，則它們的應用將得到擴展，同時總體製造成本將下降。（文：33）
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