CN101041167A - 一种制备高室温塑性镁合金板材的方法 - Google Patents

Abstract

一种制备高室温塑性镁合金板材的方法，属于有色金属材料塑性加工技术领域，涉及镁合金板材的挤压成型方法，特别涉及一种利用热挤压加工制备具有高室温塑性镁合金板材的方法。其特征在于采用带有特殊形状模具孔的挤压模具进行热挤压制备镁合金板材，该特殊形状模具孔是一个具有上下不对称的长方形模孔。这种具有上下不对称结构的模具孔可在镁合金板材热挤压过程中产生切应力，有利于镁合金在热挤压过程中产生剪切塑性变形，使得热挤压后的镁合金板材具有强度较低的{0002}基面织构，由此提高了镁合金板材的室温塑性。本发明的效果和益处是利用现有的加工设备对模具略加改进即可实施，制备成本低，且适用于任何牌号的镁合金热挤压加工。

Description

一种制备高室温塑性镁合金板材的方法

技术领域

本发明属于有色金属塑性成型技术领域，涉及镁合金板材的挤压成型方法，特别涉及一种制备高室温塑性镁合金板材的方法。

背景技术

镁合金具有低密度、高比强度、高阻尼性、高导电性、良好电磁屏蔽性和尺寸稳定性，特别是镁合金具有资源丰富，制造成本低，易回收、无污染等环保特性，被视为当今的“绿色金属”。作为一种重要的轻质结构金属材料，镁合金在汽车制造、通讯电子、航空航天等工业领域具有广泛的应用前景。

由于镁是密排六方(HCP)结构材料，其塑性变形在室温下仅限于基面{0001}<11-20>滑移及锥面{10-12}<10-11>孪生，因此镁合金的室温塑性加工能力较差。因而，大多数镁合金制品的加工仅限于铸造(Casting)特别是压铸成型，而工业广泛应用的锻压(Forging)、挤压(Extrusion)、轧制(Rolling)等塑性加工制备的变形镁合金制品则很少，极大地限制了镁合金的应用范围。因此，有效地改善和提高镁合金室温塑性是解决镁合金工程应用的关键。

目前国内外在变形镁合金研究方面主要侧重于合金成分设计(合金化)、析出强化、晶粒细化及材料加工成型技术等方面，力图以此改善和提高镁合金的强度、塑性、抗腐蚀、抗蠕变和疲劳等性能。在镁中加入锂(Li)、铟(In)及银(Ag)等合金元素可使轴比(1.633)降低至1.618，可激发棱柱面{10-10}<11-20>滑移，进而可提高室温塑性。

研究表明，晶粒细化对镁合金的力学性能的提高，其潜力要远远大于铝合金，因此利用先进的材料加工方法细化镁合金晶粒来提高镁合金的强韧性是改善和提高变形镁合金性能的重要途径之一。据文献(刘正，张奎、曾小勤著，《镁基轻质合金理论基础及其应用》，机械工业出版社，2002年9月第一版：34)报道，采用挤压+热处理的方法制备的ZK60高强变形镁合金，其强度及断裂韧性可相当于时效状态的A17075或A17475合金；采用快速凝固(RS)+粉末冶金(PM)+热挤压复合工艺开发的Mg-Al-Zn系EA55RS变形镁合金，成为迄今报道的性能最佳的镁合金，其性能不但大大超过常规镁合金，其代表性挤压镁合金的屈服强度343MPa，延伸率13％，比强度甚至超过7075铝合金，且具有超塑性(300℃，436％)，腐蚀速率与2024-T6铝合金相当；采用快速凝固法制成的具有100～200nm晶粒尺寸的高强镁合金Mg-2at％ Y-1at％Zn，其强度为超级铝合金的3倍，还具有超塑性、高耐热性和高耐蚀性；文献(Scripta Mater.，45(2001)，89-94)报道，利用等通道转角挤压(Equal Channel Angle Press，ECAP)方法制备AZ31镁合金的织构强度明显变弱，其室温拉伸塑性(～50％)比传统挤压法制备的AZ31镁合金(～17％)高出近三倍，同时具有高的加工硬化率。上述方法虽然可以显著改善和提高了镁合金的室温塑性，但制备所需设备昂贵且工艺过程复杂，通常仅限于实验研究，难以在工业上广泛应用。利用目前工业界现有的加工设备，通过工艺与方法的改进制备出塑性良好的镁合金具有重要的工程应用价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种低成本制备高室温塑性镁合金板材的方法。

本发明的原理是当未经塑性变形的镁合金通过本发明采用的上下不对称结构的模具孔时，将在不对称结构的模具孔的上下两侧的位置上产生不同速率的塑性流变，这种由切应力产生的不对称塑性流变将导致镁合金的{0002}基面滑移沿切变方向经行进行，使得热挤压后的镁合金板材中的{0002}基面发生了倾转，{0002}晶面平行于板面的基面织构强度弱化，提高了{0002}面滑移系统的取向因子，从而获得具有较高室温塑性的镁合金板材。

本发明的技术方案是采用具有上下不对称的长方形模孔的模具进行热挤压制备镁合金板材，这种上下不对称结构的长方形模孔是将传统的长方形模孔上下一侧进行倒角加工处理得到的。利用这种上下不对称结构的模具孔可在镁合金板材热挤压过程中引入切应力，导致挤压后的板材具有较弱的{0002}基面织构，从而获得具有较高室温塑性的镁合金板材。

长方形模孔上下一侧可以是平面倒角，倒角的角度为20～60°，最佳为45°。长方形模孔上下一侧可以是曲角倒角，倒角的曲率半径为1～10mm，最佳为3mm。

本发明的效果和益处是在不改变镁合金成分和工艺的条件下，利用现有的挤压加工设备对模具略加改进即可实施本发明，制备成本低，适于现代工业大规模生产，且适用于任何牌号的镁合金热挤压加工。

附图说明

图1是本发明的工艺过程示意图。

图中：1挤压机压力头；2挤压机盛锭桶；3待挤压镁合金锭；4热挤压模具；5热挤压出的板材；6模具孔倒角角度。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

市场购得AZ31镁合金铸锭。采用带有上下不对称结构的长方形模孔的挤压模具，模具的长方形模孔上下一侧具有倒角的角度为45°。将镁合金铸锭加工成Φ60mm×100mm的棒料，置于挤型机中的盛锭桶内。加热至350℃，保温1h，之后进行一次挤压成型，所得到镁合金板材的尺寸为30mm×2mm。其微观组织为等轴晶，晶粒平均尺寸为8μm；室温延伸率δ均值为26％。

Claims (4)

1.一种制备高室温塑性镁合金板材的方法，是采用具有上下不对称的长方形模孔的模具进行热挤压制备镁合金板材，这种上下不对称结构的长方形模孔是将传统的长方形模孔上下一侧进行倒角加工处理得到的；这种上下不对称结构的模具孔在镁合金板材热挤压过程中引入切应力，导致挤压后的板材具有较弱的{0002}基面织构，获得具有较高室温塑性的镁合金板材，其特征在于：长方形模孔上下一侧是平面倒角，倒角的角度为15～75°。

2.根据权利要求1所述的一种制备高室温塑性镁合金板材的方法，其特征是倒角的角度为45°。

3.根据权利要求1所述的一种制备高室温塑性镁合金板材的方法，其特征是长方形模孔上下一侧是曲角倒角，倒角的曲率半径为1～10mm。

4.根据权利要求4所述的一种制备高室温塑性镁合金板材的方法，其特征是倒角的曲率半径为3mm。

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