当前，镁合金产品以铸造件特别是压铸件居多，然而，镁合金铸造件存在晶粒粗大、力学性能较差，易产生缺陷，大大限制了镁合金的应用范围。通过塑性加工可以有放地改善镁合金微观组织，提高材料的力学性能。对镁合金塑性加工技术的研究已成为当今镁合金研究和发展的主要方向，通过锻造、挤压、轧制、拉拔以及冲压等塑性加工工艺制备的镁合金材料及部件具有更高的强度、更好的延展性和更多样性的力学性能，为镁合金的广泛应用奠定了坚实的基础。

01镁合金挤压

挤压是指对放在挤压筒中的锭坯的一端施加压力，使之通过模孔以实现塑性变形的一种压力加工方法。其优点：①挤压具有比锻造、轧制更为强烈的三向压应力状态，金属可发挥最大的塑性。对塑性变形能力较差的镁合金尤为重要，通过挤压，可有效细化镁合金的晶粒组织，提高合金的强度和塑性。②挤压工艺灵活，操作方便，在一台设备上仅通过换模具即可生产各种板、管、棒、型材，使各种形状产品在一道工序成形。挤压是适合市场需要的多品种、多规格、小批量、短期交货的生产方式。③产品尺寸精度高，表面质量好。

但挤压生产镁合金制品也有缺点：

①因为挤压压余和缩尾占锭坯比例较大，所以，镁合金废料损失一般较大。②由于材料与模具之间摩擦力较大，使模具磨损较快；挤压所需变形力比较大。③挤压制品的组织和性能沿长度和断面上不够均匀。

1）挤压设备和模具

镁合金的挤压设备和铝合金的挤压设备基本相同，其挤压方法也分为正向挤压和反向挤压。与正向挤压相比，反向挤压具有锭坯与挤压筒壁间无摩擦，挤压力小，挤压件表面质量好等优点。镁合金挤压模和铝合金挤压模的结构也基本相同，实心断面采用开口的板状模具，空心断面则可采用分流模具。

2）镁合金挤压型、棒材生产工艺流程

铸锭加热→一次挤压→切中间坯料→加热→二次挤压→人工时效→

拉伸矫直→切头尾取试样→辊式矫直→手工矫直→检查→切成品打印→成品检查→包装→入库

镁合金挤压成形主要工艺参数包括锭坯温度、模具预热温度、润滑剂、挤压速度、挤压比等。这些参数选择是否正确，对镁合金能否成功挤压以及挤压制品的组织性能和技术经济指标都有很大的影响。

02镁合金轧制

变形镁合金板材在电子、通讯、交通、航空航天等领域有着十分广泛的应用前景，但目前镁合金板材的应用仍然受到很大限制，其产量和用量均远不及钢铁及铝、铜等有色金属。制约镁合金板材发展的因素主要有两个：①大部分镁合金的室温塑性变形能力较差，且轧制板材中存在严重的各向异性；②镁合金板材制备工艺不够成熟，力学性能还需进一步提高。

1）镁合金轧制工艺流程

镁合金板材的生产工艺流程如图2所示

轧制设备与铝合金相似，根据生产规模可采用2、3或4辊轧机。镁合金轧制用的坯料可以是铸坯、挤压坯或锻坯。锭坯在轧制前要铣面，除掉表面缺陷。塑性加工性能较好的镁合金如Mg-Mn（Mn＞2.5%）和Mg-Zn-Zr合金可直接用铸锭进行轧制，但铸锭轧制前一般应在高温下进行长时间的均匀化处理。对含铝量较高的Mg-Al-Zn系镁合金，用常规方法生产的铸锭轧制性能较差，因此常采用挤压坯进行轧制。

原料→熔炼→铸造→扁锭→锯切→铣面→一次加热→一次热轧→

二次加热→二次热轧→剪切→三次加热→三次热轧→冷轧→酸洗→精轧→成品剪切→退火→涂漆→固化处理→检查→包装→运输

2）热轧：镁合金冷加工性能较差，但在热态下大部分镁合金都有较好的轧制性能。热轧时的道次压下量通常控制在10%-25%。加热一次后可多道次轧制。热轧多采用二辊轧机，大批量生产时常用3辊或4辊轧机。为改善板材性能，轧制时通常使用润滑剂，可将含2%（质量）的调水油均匀地喷涂于加热的轧辊表面。为防止粘辊，可用猪油、石蜡、硼氮化合物或石墨加四氯化碳溶液作为润滑剂。

3）卷绕：为便于加工和运输，板材通常需进行卷绕，卷绕时，外侧表面受拉应力作用，内侧表面则受压应力作用。板卷半径不能过小，板材硬度也不能太高，否则，将产生孪晶带和粗大晶粒，热轧和冷轧过程变形均十分困难。

4）冷轧：冷轧能力取决于合金成分及热轧工艺和热轧板组织。为防止轧制开裂，应严格控制道次压下量及冷轧总变形量。通常AZ31的冷轧总变形量可达16%，而MAI镁合金的冷轧总变形量则可达50%以上（很多铝合金的冷轧道次变形量可达50%，总变形量可达98%以上）。对合金化程度较高的难变形镁合金，可采用温轧成形，即开轧温度控制在503K左右。当压下量为25%时，轧后板材温度约为423-433K，在卷绕前需将其冷却至393K以下。

5）双辊铸轧：双辊铸轧技术是冶金及材料领域内的一项前沿技术，它是以两个逆向旋转的轧辊作为结晶器，将熔融状态下的金属液体浇入铸辊和侧封板围成的熔池中，直接铸轧成薄带的新工艺。该工艺是金属凝固和轧制变形的有机统一，即液态金属在结晶凝固的同时承受塑性变形，在很短的时间内完成从液态金属到固态薄带的全部过程，取消了传统的热轧工序。双辊铸轧薄带的工艺过程如图4所示。

图4 双辊铸轧薄带的工艺过程示意图

铸轧工艺特点：①简化生产工艺，缩短生产周期，节约能源。减少设备投资，降低生产成本；②铸轧出的薄带可以得到理想的微观组织和良好的力学性能。双辊铸轧技术在钢铁和铝行业已经得到了成功的应用。中铝洛铜镁板厂和山西闻喜银光华盛集团先后也成功地进行了变形镁合金铸轧成形。通过实验获得了1-3mm不同厚度的AZ31薄板，且组织性能良好。

03镁合金锻造

锻造是一种借助工具或模具在冲击或压力作用下加工金属机械零件或零件毛坯的方法。锻造工艺作为一种近净成形技术，是一种提高材料性能的理想方法。与其他加工方法比有以下特点：①锻造加工生产率高，锻件形状和尺寸稳定性好，并有优良的综合力学性能。②锻造变形可消除材料内部缺陷，如锻（焊）合孔洞，压实疏松、破碎碳化物，使非金属夹杂沿变形方向分布，减弱或消除成分偏析，从而获得均匀、细小的晶粒组织。

锻造工艺能够大大拓展镁合金轻质材料的应用前景。镁合金车轮是一个典型实例。锻造镁合金车轮由于力学性能优异且无内部缺陷，可使壁厚减薄，获得极佳的减重效果。

1）锻造用镁合金：常见锻造用镁合金力学性能和选择标准见表1和表2所示。

表1 镁合金锻件的典型力学性能

表2 常见镁合金锻件的选择标准

2）镁合金锻造工艺

（1）锻造方式：分为自由锻造和模锻；按锻造温度分热锻、温锻和冷锻，由于镁合金冷加工性能差，一般采用热锻。

（2）镁合金模锻新技术——等温锻造和等温精锻等温锻造与常规锻造不同点在于它消除了毛坯与模具之间温度差的影响，使热毛坯被加热锻造温度的恒温模具中以较低的应变速率成形，有效降低了模锻时的变形抗力，可在小型设备上实现较大锻件的成形，也使复杂锻件精锻成形成为可能，这项技术也是目前国际上实现净成形或近净成形的重要方法之一。

等温锻造具有以下工艺特点：

①一般在运动速度较低的液压机上进行。可根据锻件外形特点选择合理应变速率。

②坯料一次变形程度很大，再配合适当的热处理锻件能获得非常细小而均匀的晶粒组织，避免了缺陷，还保证锻件的力学性能，减少各向异性。

③能使形状复杂、壁薄、筋高和薄腹板类锻件一次模锻成形，等温锻造能达到近净成形，降低材料消耗，缩短周期和降低费用的目的。

（3）锻前加热：表5和表6为镁合金锻造时锭坯和模具的推荐加热温度规范。

表3 镁合金铸锭和挤压坯作为锻坯的推荐加热温度

表4 各种镁合金的锻造温度和模具温度

04镁合金拉拔

拉拔工艺

金属坯料靠拉力作用通过锥形模孔使断面缩小，以获得与模孔尺寸、形状相同的制品的塑性加工方法称之为拉拔（见图5），拉拔是线材、棒材、管材和型材的主要生产方法之一。

图5 拉拔过程示意图1-工件；2-模具

拉拔加工虽然一道次的加工率不太大，但其产品的尺寸精确、表面光洁度高，特别是线材、管材拉拔易于实现生产高速、连续化，生产效率较高主要用于轧制制品和挤压制品（如线材、管材和型材）的深加工。拉拔加工与其他塑性加工相比，有如下特点：

①制品尺寸精确、表面光洁度高；

②工具和设备简单、维护方便，在一台设备上可加工多种品种和规格的制品；

③拉拔道次加工量和两次退火间的总加工量受到拉拔力的限制，一般道次加工率在20%-40%之间，过大的道次加工率会导致拉拔制品出现缩丝甚至频繁拉断；

④易于实现连续、高速化生产，特别适于加工断面细小而长度大的制品，如直径小于5mm的金属丝只能靠拉拔加工而成。

05 镁合金超塑成形

超塑性是指在一定条件下超出一般塑性指标的金属特性。一般情况下金属变形时伸长率均小于100%，而具有超塑性的金属在超塑条件下伸长率可达到百分之几百甚至几千，且变形抗力非常小。

超塑成形是指利用材料在一定条件下的超塑特性，即在一定的温度、变形速度和显微组织下进行大变形加工的一种成形方法。

镁合金室温塑性加工能力较差，但在特定的变形温度、速度及组织状态下，镁合金具有很高的塑性，甚至出现明显的超塑性。利用镁合金的超塑性，可使复杂零件的模锻顺利进行，而且流变应力非常低，以气压为动力即可完成超塑成形。

相对Al、Zn、Ti等合金而言，镁合金超塑性的研究起步晚（镁合金超塑性最早于1968年由Backofen等人发展），因此相关的研究还很不充分，生产技术还不成熟和完善，特别是镁合金成形技术有待进一步发展。近几年随IT、汽车、航空航天等工业领域的需求带动镁合金研究热潮的兴起，镁合金超塑性引起了世界各国研究者的极大重视。目前，镁合金超塑性的研究在超塑性能及变形机理方面已取得了很大成绩，而且一些超塑性镁合金已经开始应用于工业中。