图1 无模拉拔示意图

本文通过冷拉拔法制备了ZM21镁合金初始管材（外径6 mm，厚度1.1 mm），其平均晶粒尺寸约为65 μm，晶粒内部存在大量孪晶。利用功率为10 kW、频率在150-400 kHz范围内的高频感应加热装置对镁合金管进行局部加热，通过两个电机驱动滚珠丝杠旋转，控制拉拔速度V₁和进给速度V₂，采取多道次拉拔法，以制备外径分布均匀的无模拉拔管（见图1）。

无模拉拔法制备的镁合金微管每道次面积减少量为50%时，外径标准差为0.0127 mm。当道次面积减少量降为44%时，外径分布较为均匀，标准差降低至0.0082 mm。经过3道次拉拔后，面积减少量累计达到72.5％，壁厚与外径的比值降低至13.17％（见图2）。因此，与冷拉拔相比，采用无模拉拔法制造微管更有优势。同时，为保证无模拉拔管的质量，在多道次无模拉拔中，单道次面积减少量需小于50%。

图2 每道次拉拔后外径和内径变化情况（图中单位应为 mm）

由于无模拉拔是一种热加工过程，因此在拉拔过程中材料会发生动态再结晶。微管的平均晶粒尺寸受温度和速度影响较大，通过提高拉拔速度或降低温度，可以获得晶粒细小的无模拉拔管。此外，进给速度对孪晶的形成也有重要影响。根据孪晶的形貌和分布，将无模拉拔管分为3类（见图3）：①TM：温度为350℃时，在大部分晶粒中出现了孪晶，可能与孪生诱导DRX过程有关；②NM：温度为375℃时，大晶粒被小晶粒包围，未出现孪晶，可能与连续DRX过程有关；③TNM：温度为400℃时，晶粒内部存在亚晶界，同时存在少量孪晶。表明在无模拉拔过程中，镁合金的塑性变形机制随温度和速度的变化而改变。

图3 无模拉拔管的微观组织：(a),(d) TM(350℃)；(b),(e) NM(375℃)；(c),(f) TNM(400℃)

冷拉拔初始管材和无模拉拔管的应力应变曲线如图4所示。初始管材在拉拔过程中发生硬化，屈服强度为300 MPa，但在塑性变形后立即出现颈缩。与初始管材相比，无模拉拔管具有优异的力学性能：屈服强度为135-180 MPa，抗拉强度为200-250 MPa，伸长率为8-12％。通常，室温变形产生的孪晶对镁合金的力学性能主要有以下两方面影响：(1)硬化作用；(2)细化晶粒引起的霍尔佩奇强化效应。然而，与室温变形产生的孪晶不同，在无模拉拔过程中产生的孪晶仅可细化晶粒强化，但不改变微管的应变硬化行为（见表1）。晶粒细化是提高伸长率、屈服强度和抗拉强度的有效方法。

图4 不同晶粒尺寸无模拉拔管的应力应变曲线

表1 ZM21拉拔管材的拉伸性能

为获得无模拉拔管的耐蚀性能，进行了10天的浸泡实验，腐蚀速率如图5所示。发现在不同条件下制备的无模拉拔管展现出不同的腐蚀速率，主要是由于其晶粒尺寸、晶粒取向、孪晶等微观组织差异所导致。当加工温度从325℃提高到400℃时，无模拉拔管的晶粒尺寸逐渐增大，腐蚀速率增加。而当加工温度继续从400℃升高到475℃时，腐蚀速率反而降低，主要是由于温度升高，孪晶逐渐减少，使暴露在NaCl溶液中的非基面减少，从而减轻镁合金的局部腐蚀。在350和375℃下制备的无模拉拔管的腐蚀速率约为30 mm/y，其耐蚀性优于母管、AZ31、WE43和Mg-Zn-Y-Nd微管。因此，为了制备具有优异力学性能和耐蚀性好的无模拉拔管，可以采取在低温（<350℃）下获得细小晶粒组织的方法。

图5 不同拉拔管的腐蚀速率