挤压比

挤压筒腔的横断面面积同挤压制品总横断面面积之比

挤压比(extrusion ratio)是指挤压筒腔的横断面面积同挤压制品总横断面面积之比，也叫挤压系数。挤压比是挤压生产中用于表示金属变形量大小的参数。挤压比的选择与合金种类、挤压方法、产品性能、挤压机能力、挤压筒内径及锭坯长度等因素有关。如果挤压比值选用过大，挤压机会因挤压力过大而发生“闷车”，使挤压过程不能正常进行，甚至损坏工具，影响生产率。如果挤压比值选用过小，挤压设备的能力不能得到充分利用，也不利于获得组织和性能均匀的制品。

对合金微观组织

两种挤压比(16和32)条件下，挤压态Mg-6xZn-xY合金微观组织中a-Mg基体晶粒尺寸随着Zn、Y含量的增加而逐渐减小。Mg-Zn-Y合金经热挤压后，微观组织均不同程度出现了细小的再结晶晶粒。当合金中Zn、Y元素含量相同，挤压比由16增加至32时，a-Mg基体晶粒尺寸显著减小，再结晶过程更加充分。挤压比为32和16时，试样所对应的真应变分别为3.45和2.76，挤压速度大致相同，因此挤压比越大，应变速率越大。Mg-Zn-Y合金平均晶粒尺寸与Z函数有关。

当应变速率较快时，Mg-Zn-Y合金中位错密度越来越严重并且聚集在晶界处，导致挤压比较大的试样晶界处的晶格畸变程度较高，贮存能量更高，为动态再结晶形核提供有利条件。

挤压态Mg-6Zn-1Y和Mg-4.5Zn-0.75Y(挤压比32)合金主要由a-Mg、I相、X相(Mg-Zn-Y)组成。随着Zn、Y含量的增多，第二相体积百分含量增多。当合金中zn、Y元素含量相同时，挤压比为32的Mg-Zn-Y合金微观组织中第二相体积百分含量较挤压比为16的多，其中，前者第二相颗粒尺寸更小且在基体中分布更弥散。Mg-6Zn-1Y微观组织中有许多不规则的第二相颗粒聚集到一起，这是因为合金元素含量较高，第二相含量较多，尺寸较大，从而导致挤压过程中易出现聚集现象。

采用定量金相法对不同挤压比下的Mg-Zn-Y合金微观组织中旷Mg基体平均晶粒尺寸和第二相体积百分含量行统计。当挤压比为16时，Mg-3Z-0.5Y中第二相体积百分含量约为4.5%，而Mg-6Zn-lY中第二相体积百分含量约为10.6%，相对应试样的a-Mg基体平均晶粒尺寸由20.2μm减小到14.6μm。而挤压比为16的合金中第二相主要为I相，I相与a-Mg基体之间的界面能很低，易形成稳定结构，因此I相可以有效抑制位错运动。在热变形过程中，I相周围位错密度显著高于其他区域，而再结晶易发生在晶格畸变处，因此I相可以抑制再结晶晶粒长大。当合金中Zn、Y元素含量相同时，挤压比为32的Mg-Zn-Y合金微观组织中第二相体积百分含量相对较多，a-Mg基体平均晶粒尺寸较小。

对合金力学性能

随着挤压比从16增加到32时，Zn、Y元素含量相同的Mg-Zn-Y合金抗拉强度和屈服强度均大幅提高。其中，合金抗拉强度由264 MPa(挤压比16)提高到337脚a(挤压比32)，提高了27.7%。屈服强度由169MPa(挤压比16)提高到237MPa(挤压比32)，提高了40.3%，而延伸率却从19.2%降至14.6%。

挤压比为16时，Mg-Zn-Y合金微观组织中第二相较多，呈颗粒状分布在旷Mg基体中，因此相比挤压态Mg-6xZn-xY合金a-Mg基体晶粒尺寸及第二相含量于挤压比为32时的Mg-Zn-Y而言，其第二相对a-Mg基体变形阻碍作用减弱，塑性有一定提升。

挤压比为32时，动态析出的第二相密集地分布在晶界处，从而能够阻碍位错运动，促进位错堆积。另外，I相与a-Mg基体形成稳定的界面，阻碍原子扩散，抑制晶粒长大。同时，Zn、Y元素含量相同的合金，挤压比大，I相体积百分含量就多。I相粒子对晶界有很强的钉扎作用，能够阻碍晶界之间的相对滑移，从而使合金的强度提高。

而且，挤压比为16时，随着Zn、Y含量的增高，I相体积百分含量也增高，合金的强度和延伸率都有提高。因此，I相在热变形过程中展现了良好的塑性和强化作用。

与形变程度关系

挤压比同变形程度有如下关系：

(1)挤压比增大时，金属流出模孔的困难程度会增大，挤压力也增大；

(2)当其他条件相同时，挤压比增大，挤压时锭坯外层金属向模孔流动的阻力也增大，因此使内外部金属流动速度差增大，变形不均匀；

(3)但当挤压比增加到一定程度后，剪切变形深入到内部，变形开始向均匀方向转化。研究证明，当挤压变形程度达到85%～90%时，挤压金属流动均匀，制品内外层的力学性能也趋于均匀。

变化因素

挤压比的选择与合金种类、挤压方法、产品性能、挤压机能力、挤压筒内径及锭坯长度等因素有关。如果挤压比值选用过大，挤压机会因挤压力过大而发生“闷车”，使挤压过程不能正常进行，甚至损坏工具，影响生产率。如果挤压比值选用过小，挤压设备的能力不能得到充分利用，也不利于获得组织和性能均匀的制品。挤压比一般应满足下列要求：

1.一次挤压的棒、型材≥8～12；

2.轧制、拉拔、锻造用毛坯≥5；

3.二次挤压用毛坯不限。

断口形貌

合金在两种挤压比下的室温拉伸断口形貌，断口处存在大量韧窝，因此判定为韧性断裂。大部分韧窝底部均可以清晰地看到第二相颗粒，韧窝尺寸也与第二相颗粒尺寸呈一定的正相关关系。由位错理论可知，第二相颗粒周围堆积位错环，当受外力时，第二相颗粒周围的位错环会向第二相颗粒移动。当第二相颗粒与基体界面产生显微空洞后，后续的位错环不断移向显微空洞，使显微空洞不断长大、聚集。

合金在不同挤压比下的拉伸断口形貌中韧窝形状有明显不同。当挤压比为16时，断口形貌中韧窝为拉长韧窝；而挤压比为32时，断口形貌中韧窝为等轴韧窝。这是试样受不同应力状态所造成的。当试样仅受拉伸应力作用时，韧窝形状为等轴状。

挤压比为16时，合金表现为典型的45°剪切断口形貌。当材料的抗剪切强度低于其抗拉强度时，在试样横截面的应力虽未达到其抗拉强度，但沿45°切应力足以让试样破坏，被拉长的韧窝也恰好说明此点。挤压比为32时，合金断口表面较平坦，为正断形貌。

总结

(1)随着挤压比由16增加至32，Mg-Zn-Y合金中第二相体积百分含量增多，a-Mg基体晶粒尺寸减小，合金的强度得到提高。

(2)当挤压比为32时，Mg-Zn-Y合金的综合力学性能较优，抗拉强度、屈服强度及延伸率分别达到了337MPa、237MPa和14.6%。

(3)在两种挤压比下，Mg-Zn-Y合金均呈现良好的塑性，室温拉伸均为韧性断裂。

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