超塑性是指晶體材料在拉伸時表現(xiàn)出大的應(yīng)變。已有的研究結(jié)果表明，鎂合金在一定條件下不但具有很高的塑性，而且甚至出現(xiàn)明顯的超塑性。當(dāng)晶粒細(xì)化到一定程度(約10—6m)，鎂合金可獲得相對的超塑性。通常超塑性現(xiàn)象主要發(fā)生在高溫(約等于0．7Tm，Tm為材料的熔點(diǎn))，應(yīng)變速率相對較低，工業(yè)生產(chǎn)中受到限制。Langdon提出了超塑性變形的兩個必要條件：①局部縮頸受到限制；②空洞內(nèi)部相互連接受到抑制。目前，采用高應(yīng)變速率超塑性成形和低溫超塑性成形獲得細(xì)小晶粒。其中，等通道角擠壓技術(shù)是低溫超塑性的一種方法，在200 ℃溫度下可使AZ91鎂合金延伸率達(dá)到675％。
3 半固態(tài)成形
半固態(tài)成形技術(shù)，是在金屬凝固過程中，將結(jié)晶過程控制在固—液兩相共存溫度，并通過劇烈攪拌破碎枝晶組織，從而獲得一種金屬母液中懸浮一定固相成分的固—液?昆合漿料，再采用壓鑄、模鍛等成形加工工藝進(jìn)行的金屬成形技術(shù)。半固態(tài)加工，是一種新型、先進(jìn)的工藝方法，與傳統(tǒng)液態(tài)鑄造成形相比，具有成形溫度低(鎂合金可降低100℃左右)，延長模具的壽命，改善生產(chǎn)條件和環(huán)境，細(xì)化晶粒，減少氣孔、縮孔，提高組織致密性，提高鑄件質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是21世紀(jì)最具有發(fā)展前景的精密成形技術(shù)之一。根據(jù)工藝流程的不同，半固態(tài)成形通常分為流變鑄(Rheocasting)和觸變鑄造(Thixocasting)兩類：流變鑄造是對冷卻過程中的金屬液進(jìn)行攪動，將形成的固相枝晶破碎，形成一定固相分?jǐn)?shù)的半固態(tài)金屬漿料，然后將漿料注入壓鑄機(jī)或擠壓機(jī)內(nèi)成形(俗稱“一步法”)；而觸變鑄造是先由連鑄等方法制得具有半固態(tài)金屬組織的錠坯，然后切成所需長度，用二次加熱裝置再加熱到半固態(tài)狀態(tài)，最后移送至壓鑄機(jī)等再壓鑄或擠壓成形(俗稱“兩步法”)。
半固態(tài)成形過程一般包括非枝晶組織的制備、二次加熱和半固態(tài)成形3個步驟。制備非枝晶組織的坯料是半固態(tài)成形的前提，機(jī)械攪拌法是最早采用的方法，其設(shè)備構(gòu)造簡單，但工藝參數(shù)不易控制，很難保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。目前工業(yè)化生產(chǎn)中，應(yīng)用最為廣泛的方法有：電磁攪拌法、應(yīng)變誘發(fā)熔化激活法(SIMA)和半固態(tài)等溫?zé)崽幚矸?SSIT)以及化學(xué)晶粒細(xì)化法等。
3．1 電磁攪拌法
利用電磁感應(yīng)在凝固的金屬液中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流在外加磁場的作用下促使金屬固液漿料激烈地攪動，使傳統(tǒng)的枝晶組織轉(zhuǎn)變?yōu)榉侵ЫM織。一般用于生產(chǎn)直徑不大于150 mm的棒坯。該方法在很大程度上克服了機(jī)械攪拌的缺點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)連鑄，生產(chǎn)效率高，是目前工業(yè)化生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的一種方法。
3．2 應(yīng)變誘發(fā)熔化激活法(SIMA)
預(yù)先連續(xù)鑄造出晶粒細(xì)小的合金錠，再將合金鑄錠進(jìn)行足夠的預(yù)變形，然后加熱到半固態(tài)。在加熱過程中，先發(fā)生預(yù)變形，然后部分熔化，使初生相轉(zhuǎn)變成顆粒狀，形成半固態(tài)合金材料。此方法對制備較高熔點(diǎn)的非枝晶組織合金具有獨(dú)特的優(yōu)越性，但只能制備直徑小于60mm的坯料。
3．3 半固態(tài)等溫?zé)崽幚矸?/p>
在合金熔融狀態(tài)時加人變質(zhì)元素，進(jìn)行常規(guī)鑄造，然后把錠坯重新加熱到固液兩相區(qū)進(jìn)行保溫處理(半固態(tài)等溫?zé)崽幚?，最終獲得具有觸變性的非枝晶組織。主要工藝參數(shù)有添加微量元素的種類、加入量、半固態(tài)等溫溫度和保溫時間等。
3．4 化學(xué)晶粒細(xì)化法
是近幾年開發(fā)的新方法。通過添加晶粒細(xì)化劑或變質(zhì)劑，增加外來晶粒數(shù)量或改變結(jié)晶方式來細(xì)化晶粒組織，使生產(chǎn)的錠坯適合于半固態(tài)鑄造。據(jù)報道，挪威NorskHydro公司已經(jīng)通過化學(xué)晶粒細(xì)化法與特殊的凝固條件結(jié)合制備了鎂合金AZ91的細(xì)晶粒鑄錠。
半固態(tài)觸變成形之前，先要進(jìn)行局部重熔(二次加熱)。應(yīng)根據(jù)加工零件大小精確分割具有非枝晶組織的坯料，然后將其加熱到半固態(tài)溫度后再進(jìn)行成形加工。其目的一是為了獲得不同工藝所需的固相體積分?jǐn)?shù)，二是將有些工藝(電磁攪拌，化學(xué)晶粒細(xì)化法等)獲得的細(xì)小枝晶碎片逐漸長大，并轉(zhuǎn)化成球狀結(jié)構(gòu)，從而為觸變成形創(chuàng)造有利條件。
流變成形與觸變成形技術(shù)的區(qū)別在于前者是由液態(tài)在冷卻過程中形成半固態(tài)狀態(tài)，再成形的過程；后者則是有固態(tài)加熱至半固態(tài)狀態(tài)，然后進(jìn)入成形工藝的過程。與流變鑄造相比，觸變鑄造易實(shí)現(xiàn)坯料的加熱和輸送自動化，是目前半固態(tài)鑄造的主要工藝方法。但是，無論是流變成形還是觸變成形，工藝流程較長，鑄件工藝成本相對較高。
4 其它成形方法
鎂合金材料的其他制備方法還有擠壓鑄造法，粉末冶金法，噴射沉積法，真空浸漬法以及目前僅用于Mg—Li基復(fù)合材料的薄膜冶金法等。
5 存在的問題及前景展望
近年來，鎂合金應(yīng)用逐年提高，但一些尚待解決的問題使得鎂合金的廣泛生產(chǎn)受到限制。表現(xiàn)在以下幾個方面：鎂的化學(xué)活性很強(qiáng)，在空氣中易氧化，在高溫情況下可以發(fā)生燃燒，因此熔煉過程中須采用復(fù)雜的保護(hù)措施。工業(yè)中主要采用熔劑保護(hù)法和氣體保護(hù)法。熔劑保護(hù)法最大缺點(diǎn)是反應(yīng)過程中產(chǎn)生的有害氣體嚴(yán)重污染環(huán)境并損害人體健康；而氣體保護(hù)法中經(jīng)常采用且具有良好保護(hù)效果的SP6氣體，但其溫室效應(yīng)是CO：的24 900倍12”；鎂常溫下成形性差，目前工業(yè)上應(yīng)用的多為鎂合金壓鑄件，限制了其它成形方法的運(yùn)用；鎂合金沒有像鋁合金那樣大規(guī)模使用的另一個原因是其耐蝕性差，采用表面防護(hù)又增加了其生產(chǎn)成本。
鑒于以上問題，鎂合金研究集中在以下幾個方面：無污染熔煉技術(shù)。研究表明，鎂合金合金化阻燃具有很好的效果；開發(fā)和改善鎂合金的成形工藝；進(jìn)一步研究鎂合金的表面處理技術(shù)，改善其外觀和耐蝕性以及高強(qiáng)韌鎂合金和耐熱鎂合金的研究。
總之，鎂合金作為一種新型的工程材料，滿足了人們對能源和環(huán)境保護(hù)的要求，正受到世界各國政府和研究機(jī)構(gòu)的高度重視。我國也將“鎂合金開發(fā)應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化”作為科技部“十五”國家科技攻關(guān)重大項(xiàng)目之一。鎂合金的研制、開發(fā)和應(yīng)用符合我國的產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，可以充分發(fā)揮我國的鎂資源優(yōu)勢，加強(qiáng)鎂合金應(yīng)用開發(fā)，將鎂資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，相信隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，鎂合金各種性能將會得到進(jìn)一步完善，它也必將為人類社會的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。