CN101229619A - 一种高强度镁合金板材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及镁合金加工技术，具体为一种高强度镁合金板材的制备方法，解决镁合金板材的轧制加工较为困难、产品的成材率低等问题。采用喷射成形+沉积坯轧制处理工艺制备高强度镁合金板材，雾化结束后缓慢向雾化仓体内注入0.01～0.03MPa的氧气，对镁合金过喷粉末进行钝化处理过程；然后，对沉积态镁合金锭坯直接进行热轧处理，制备的镁合金晶粒细小，组织均匀，具有较高的力学性能，合金轧制后进行时效处理可进一步提高其力学性能。与传统镁合金板材制备工艺相比，该工艺过程简单，合金轧制温度较低，可以适用于各种高强度镁合金板材的制备。
Description
技术领域
本发明涉及镁合金加工技术，具体为一种高强度镁合金板材的制备方法。
背景技术
变形镁合金材料可通过轧制、挤压、锻造等压力加工方法获得管、棒、型、板、带、锻件等产品。有色金属材料制品70％以上是板、带材，因此通过轧制获得优质变形镁合金板材是开发变形镁合金材料最重要方向。根据金属变形的主变形图，轧制加工属于两向延伸、一向压缩的变形方式，因此轧制不利于充分发挥材料的塑性变形能力。又由于密排六方晶体结构的镁，室温塑性变形仅限于{0001}<1120>滑移和{1012}<1011>孪晶。因此，在轧制加工变形条件下，变形十分困难且容易发生开裂。为提高合金塑性变形能力，需将镁合金的轧制变形在较高温度下进行，以激活{1010}<1120>方向滑移系来提高合金的变形能力。在工艺上，由于镁合金板材的轧制加工非常困难，道次加工变形量往往在10％左右，少量塑性较高的合金也要求两次退火间的道次变形量在30％以内，产品的成材率低，限制了变形镁合金的广泛应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度镁合金板材的制备方法，解决镁合金板材的轧制加工较为困难、产品的成材率低等问题，采用本工艺制备的镁合金板材具有较高的强度和良好的塑性、韧性，可用于各种高强度镁合金板材的制备。
本发明的技术方案是：
一种高强度镁合金板材的制备方法，采用喷射成形加沉积坯轧制处理工艺制备高强度镁合金板材，采用喷射成形技术制备镁合金锭坯，雾化结束后缓慢向雾化仓体内注入0.01～0.03MPa的氧气，对镁合金过喷粉末进行钝化处理过程；然后，对沉积态镁合金锭坯直接进行热轧处理。
所述的高强度镁合金板材的制备方法，热轧处理工艺参数如下：
轧辊预热至100～200℃，轧制温度在280～370℃之间，轧制道次变形量在10～20％之间，总的变形量达到80～90％。
所述的高强度镁合金板材的制备方法，轧制合金直接进行时效处理，时效温度在150～200℃之间，处理时间为6～9小时。
所述的高强度镁合金板材的制备方法，采用气体雾化喷嘴，向雾化仓体内缓慢回充0.01～0.03MPa的氧气，逐渐使过喷粉末发生氧化，气体注入速度不应大于0.01l/min。
本发明的优点及有益效果如下：
1、晶粒的大小对镁合金的力学性能和塑性变形行为的影响显著，通过细化晶粒不仅可以提高材料的强度，还可以改善其塑性和韧性。此外，由于晶界协调变形的在镁合金的塑性变形过程中起着相当重要的作用，而通过晶粒细化可有效提高其晶界协调变形能力。因此，晶粒细化在镁合金塑性加工中具有非常重要的地位。本发明设计了一个全新的镁合金板材制备工艺，在该方法中，采用喷射成形技术可以制备大尺寸具有快速凝固组织特征的坯锭，是后续塑性加工过程得以顺利进行并制备高性能深加工制品的基础。轧制过程中基体中产生大量的位错，为析出相的形核及生长提供有利的条件，轧制板材直接进行时效处理可以进一步提高力学性能。在采用喷射成形加沉积坯轧制处理工艺制备高强度镁合金板材，制备的镁合金晶粒细小，组织均匀，具有较高的力学性能，有理由相信喷射成形加沉积坯轧制工艺作为一种高强度镁合金板材制备技术，有着广泛的应用前景。
2、本发明采用喷射成形工艺制备高质量的镁合金锭坯，合金制备过程中彻底解决了镁合金过喷粉末的易燃易爆问题。
3、本发明对镁合金的轧制可以在250～360℃下进行，轧制前需将轧辊预热至100～200℃，轧制道次变形量在10～20％之间，总的轧制变形量可以达到70～90％，轧制后合金在150～200℃进行时效处理。通过上述的参数设计，测试表明所获得的镁合金板材具有良好的力学性能。
4、与传统镁合金板材制备工艺相比，本发明工艺过程简单，合金轧制温度较低，可以适用于各种高强度镁合金板材的制备。
附图说明
图1为实施例1中沉积态AZ91镁合金的显微组织。
图2为实施例2中沉积态Mg-10％Al-1.5％Zn-4％Ca-0.5％Nd镁合金显微组织。
具体实施方式
下面通过实施例详述本发明。
实施例1
高强度AZ91镁合金板材制造工艺：在氩气保护气氛下，将AZ91镁合金在雾化沉积装置内熔炼、雾化、沉积成锭坯。随后采用气体雾化喷嘴向雾化仓体内缓慢回充0.01～0.03MPa的氧气，逐渐使过喷粉末发生氧化，过喷粉末是指雾化过程产生的超细粉末，粒度在20微米以下(一般为1-20微米左右)，气体注入速度0.005l/min。沉积坯组织细小均匀，晶粒尺寸在10～20μm之间，如图1所示。对沉积坯直接进行轧制，轧辊的温度要加热到100～200℃，沉积坯的轧制温度控制在330～360℃，轧制道次变形量在10～20％之间，总的变形量为80％。轧制后的板材在200℃进行时效处理，时效时间为6h。轧制后板材的室温拉伸强度为345MPa，屈服强度为298MPa，延伸率为8％；时效处理后板材的室温拉伸强度为370MPa，屈服强度为340MPa，延伸率为6％。
实施例2
高强度Mg-10％Al-1.5％Zn-4％Ca-0.5％Nd(重量百分数)镁合金板材制造工艺：在氩气保护气氛下，将Mg-10％Al-1.5％Zn-4％Ca-0.5％Nd合金预制锭坯在雾化沉积装置内熔炼、雾化、沉积成锭坯。随后采用气体雾化喷嘴向雾化仓体内缓慢回充0.01～0.03MPa的氧气，逐渐使过喷粉末发生氧化，气体注入速度0.001l/min。沉积坯组织细小均匀，平均晶粒尺寸为20μm，如图2所示。对沉积坯直接进行轧制，轧辊的温度要加热到100～200℃，沉积坯的轧制温度控制在300～350℃，轧制道次变形量在10～20％之间，总的变形量为80％。轧制后的板材在200℃进行时效处理，时效时间为6h。轧制后板材的室温拉伸强度为400MPa，屈服强度为350MPa，延伸率为7％；时效处理后板材的室温拉伸强度为435MPa，屈服强度为395MPa，延伸率为5％。
实施例3
高强度Mg-5％Al-3％Zn-2.5％Ca-2.0％Nd(重量百分数)镁合金板材制造工艺：在氩气保护气氛下，将Mg-5％Al-3％Zn-2.5％Ca-2.0％Nd合金预制锭坯在雾化沉积装置内熔炼、雾化、沉积成锭坯。随后采用气体雾化喷嘴向雾化仓体内缓慢回充0.01～0.03MPa的氧气，逐渐使过喷粉末发生氧化，气体注入速度0.003l/min。对沉积坯直接进行轧制，轧辊的温度要加热到100～200℃，沉积坯的轧制温度控制在280～330℃，轧制道次变形量在10～20％之间，总的变形量为80％。轧制后的板材在180℃进行时效处理，时效时间为8h。轧制后板材的室温拉伸强度为360MPa，屈服强度为340MPa，延伸率为7％；时效处理后板材的室温拉伸强度为390MPa，屈服强度为350MPa，延伸率为5％。
实施例4
高强度Mg-8.5％Al-0.6％Zn-0.2Mn-2％Ca(重量百分数)镁合金板材制造工艺：在氩气保护气氛下，将Mg-8.5％Al-0.6％Zn-0.2Mn-2％Ca合金预制锭坯在雾化沉积装置内熔炼、雾化、沉积成锭坯。随后采用气体雾化喷嘴向雾化仓体内缓慢回充0.01～0.03MPa的氧气，逐渐使过喷粉末发生氧化，气体注入速度0.006l/min。对沉积坯直接进行轧制，轧辊的温度要加热到100～200℃，沉积坯的轧制温度控制在280～350℃，轧制道次变形量在10～20％之间，总的变形量为80％。轧制后的板材在160℃进行时效处理，时效时间为8h。轧制后板材的室温拉伸强度为350MPa，屈服强度为305MPa，延伸率为8％；时效处理后板材的室温拉伸强度为370MPa，屈服强度为320MPa，延伸率为6％。
实施例5
高强度Mg-9％Al-2.5％Ca-2％Nd(重量百分数)镁合金板材制造工艺：在氩气保护气氛下，将Mg-9％Al-2.5％Ca-2％Nd合金预制锭坯在雾化沉积装置内熔炼、雾化、沉积成锭坯。随后采用气体雾化喷嘴向雾化仓体内缓慢回充0.01～0.03MPa的氧气，逐渐使过喷粉末发生氧化，气体注入速度0.008l/min。对沉积坯直接进行轧制，轧辊的温度要加热到100～200℃，沉积坯的轧制温度控制在280～330℃，轧制道次变形量在10～20％之间，总的变形量为80％。轧制后的板材在150℃进行时效处理，时效时间为9h。轧制后板材的室温拉伸强度为380MPa，屈服强度为340MPa，延伸率为7％；时效处理后板材的室温拉伸强度为410MPa，屈服强度为370MPa，延伸率为4％。
Claims (4)
1.一种高强度镁合金板材的制备方法，其特征在于：采用喷射成形加沉积坯轧制处理工艺制备高强度镁合金板材，采用喷射成形技术制备镁合金锭坯，雾化结束后缓慢向雾化仓体内注入0.01～0.03MPa的氧气，对镁合金过喷粉末进行钝化处理过程；然后，对沉积态镁合金锭坯直接进行热轧处理。
2.按照权利要求1所述的高强度镁合金板材的制备方法，其特征在于，热轧处理工艺参数如下：
轧辊预热至100～200℃，轧制温度在280～370℃之间，轧制道次变形量在10～20％之间，总的变形量达到80～90％。
3.按照权利要求1所述的高强度镁合金板材的制备方法，其特征在于：轧制合金直接进行时效处理，时效温度在150～200℃之间，处理时间为6～9小时。
4.按照权利要求1所述的高强度镁合金板材的制备方法，其特征在于：采用气体雾化喷嘴，向雾化仓体内缓慢回充0.01～0.03MPa的氧气，逐渐使过喷粉末发生氧化，气体注入速度不应大于0.01l/min。
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