CN101332560B - 一种提高高强度变形镁合金阻尼性能的塑性加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种提高高强度变形镁合金阻尼性能的塑性加工工艺，包括以下步骤：挤压塑性变形：将镁合金铸锭在挤压机上进行挤压，工艺参数为：挤压温度350℃-400℃，挤压比为9-15，挤压速度为2-8m/min，且速度恒定；镦粗型锻造处理：将挤压塑性变形后的变形镁合金在380℃-400℃温度下保温1-2小时后再镦粗，镦粗时镁合金锭温度为315℃-375℃，镦粗率为30％-40％，镦粗应变速率为0.001-0.01/s。本发明能在保证较好力学性能的同时，大幅提高高强度变形镁合金的阻尼性能，成功解决了镁合金强度与阻尼性能的矛盾。经本发明处理后的变形镁合金应用范围广泛，可满足高速列车、汽车、航空航天和国防军工等领域对高强高阻尼轻量化材料的实际需求。而且，本发明所用工艺设备为常规通用设备，成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及一种镁合金技术领域的塑性加工方法，具体是一种提高高强度变形镁合金阻尼性能的塑性加工工艺。
背景技术
镁及镁合金具有比强度高、阻尼减振降噪能力强、导热和导电性能优异以及电磁辐射屏蔽能力强等一系列优点，可满足现代汽车、轨道交通、电子、通信、航空航天和国防军事工业等领域对轻量化、高速化、大功率化和节能降噪等需求，因此高阻尼、高比强度的镁基功能结构一体化材料成为目前金属结构材料发展的一个重要方向。但由于镁及镁合金室温阻尼的产生主要是位错机制，其力学性能和阻尼性能往往是相互矛盾的。因此，迫切需要找到一种方法解决这一矛盾。目前一般的思路是从高阻尼镁合金出发，主要通过添加合金元素和复合强化等手段来提高其力学性能，此类研究多集中于纯镁、镁锆合金、镁锰铜合金等高阻尼镁合金及其复合材料，但从目前的研究来看，仍然存在阻尼性能好但力学性能不够高、力学性能好但阻尼性能变差或者工艺复杂性能不稳定等问题，不能满足工程应用的要求。如CN1888108(专利号为200610010326.8)公开了一种“高强韧高阻尼变形镁合金及其制备方法”，为了解决镁合金的阻尼性能与力学性能的矛盾，提出了向纯镁中添加固溶度小的铜和硅等合金元素，减少位错弱钉扎点的数量，提高阻尼性能。添加锆和锰等细化晶粒的合金元素，提高合金力学性能，不仅对铸锭进行常规热挤压，还进行强烈塑性变形(ECAP，MDF)，调整晶粒取向，并得到超细晶组织，同时提高强韧性和阻尼性能。但应该看到该技术并没有得到预想的效果，只能使得抗拉强度和屈服强度达到212MPa和135MPa，阻尼性能Q-1达到0.023；而且还存在材料性能未通过工业化生产的检验，且工艺复杂等问题。
有鉴于此，本发明申请人考虑从目前商用的高强度变形镁合金入手，通过合适的塑性加工工艺来提高其阻尼性能，为解决镁合金力学性能与阻尼性能的矛盾提供一种新的思路。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种提高高强度变形镁合金阻尼性能的塑性加工工艺。
本发明的目的是这样实现的：一种提高高强度变形镁合金的塑性加工工艺方法，包括以下步骤：
1)挤压塑性变形：将镁合金铸锭在挤压机上进行挤压，工艺参数为：挤压温度350℃-400℃，挤压比为9-15，挤压速度为2-8m/min，且速度恒定；
2)镦粗型锻造处理：将挤压塑性变形后的变形镁合金在380℃-400℃温度下保温1-2小时，然后再镦粗，镦粗时镁合金锭温度为315℃-375℃，镦粗率为30％-40％，镦粗应变速率为0.001-0.01/s。
在挤压塑性变形之前，还可以包括镁合金铸锭的均匀化处理工艺：在热处理炉中对镁合金铸锭进行退火热处理，工艺参数为：温度350-400℃，时间8-20小时。
相比现有技术，本发明具有如下优点：
1、本发明提高高强度变形镁合金阻尼性能的效果明显：通过将镁合金铸锭进行挤压塑性变形，再进行镦粗型锻造处理，能在保证较好力学性能的同时大幅提高高强度变形镁合金的阻尼性能，解决了目前商用高强度镁合金由于阻尼性能较差而限制其应用范围的问题。
2、本发明适用面广：本发明可适用于多种牌号的商用高强变形镁合金体系(如AZ系、ZK系或ZM系等)。
3、本发明工艺设备简单，成本较低：本发明所采用的设备，包括热挤压炉、热处理炉等均为常规通用设备，可移植性强，工艺简单成熟，成本较低。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作详细说明。本实施例在以本发明技术为前提下进行实施，现给出详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于以下的实施例。
实施例1：一种提高高强度变形镁合金阻尼性能的塑性加工工艺方法，该塑性加工工艺包括以下步骤：
1)合金的均匀化热处理工艺：使用普通商业ZK60高强度变形镁合金铸锭为原料，合金成分(重量百分含量)为：5.6％Zn、0.54％Zr、杂质元素小于0.02％，其余为Mg。在热处理炉中进行退火热处理，工艺参数为：温度390℃，时间8小时；
2)挤压塑性变形：将均匀化处理后的镁合金铸锭在挤压机上进行挤压，工艺参数为：挤压温度380℃，挤压比为11，挤压速度为5m/min，且速度恒定；
挤压塑性变形之后的ZK60变形镁合金，在室温下抗拉强度为334.9MPa，屈服强度为246.6MPa，延伸率为12.7％；在频率为1Hz、应变振幅为0.5％时，挤压后合金的阻尼性能(以损耗正切表示)tanδ＝0.05；
3)镦粗型锻造处理：将挤压塑性变形后的变形镁合金在380℃温度下保温1小时，然后再墩粗，镦粗时温度为340℃，镦粗率为30％，镦粗应变速率为0.01/s。
锻造处理后的ZK60变形镁合金，在室温下抗拉强度为322.5MPa，屈服强度为256.6MPa，延伸率为11.4％；在频率为1Hz、应变振幅为0.5％时，锻造后合金的阻尼性能(以损耗正切表示)tanδ＝0.075。
实施例2：与实施例1不同的是使用的普通商业高强度变形镁合金原料不同，镁合金原料采用AZ61，合金成分(重量百分含量)为：5.81％Al、0.55％Zn、0.29％Mn，杂质元素小于0.02％，其余为Mg。
合金的均匀化热处理工艺、挤压塑性变形和镦粗型锻造处理工艺方法均相同。挤压参数为：挤压温度350℃，挤压比为11，挤压速度为5m/min，且速度恒定。镦粗型锻造处理工艺为：在400℃温度下保温1.5小时后再镦粗，镦粗时镁合金锭温度为315℃，镦粗率为40％，镦粗应变速率为0.001/s。
挤压塑性变形之后，合金室温下抗拉强度为320.0MPa，屈服强度为203.4MPa，延伸率为13.7％；在频率为1Hz、应变振幅为0.5％时，挤压后合金的阻尼性能(以损耗正切表示)tanδ＝0.065。锻造处理后，合金室温下抗拉强度为291.3MPa，屈服强度为156.6MPa，延伸率为11.3％；在频率为1Hz、应变振幅为0.5％时，锻造后合金的阻尼性能(以损耗正切表示)tanδ＝0.1。
实施例3：与实施例2不同的是镁合金铸锭没有实施均匀化热处理工艺。挤压塑性变形参数为：挤压温度350℃，挤压比为11，挤压速度为6m/min，且速度恒定。镦粗型锻造处理工艺为：在400℃温度下保温2小时，然后再镦粗，镦粗时镁合金锭温度为315℃，镦粗率为40％，镦粗应变速率为0.001/s。
合金直接进行挤压塑性变形之后，室温下抗拉强度为311.9MPa，屈服强度为187.9MPa，延伸率为13.8％；在频率为1Hz、应变振幅为0.5％时，挤压后合金的阻尼性能(以损耗正切表示)tanδ＝0.06。锻造处理后，合金的室温下抗拉强度为282.5MPa，屈服强度为121.5MPa，延伸率为11.8％；在频率为1Hz、应变振幅为0.5％时，锻造后合金的阻尼性能(以损耗正切表示)tanδ＝0.13。
表1 为上述实施例高强度变形镁合金力学性能和阻尼性能比较
通过上述实施例可知：普通商业高强度变形镁合金通过本发明所述的塑性加工工艺，能获得力学和阻尼性能均较好的高强度变形镁合金；经本发明所述的塑性加工工艺处理后的变形镁合金应用范围广泛，可满足高速列车、汽车、航空航天和国防军工等领域对高强高阻尼轻量化材料的实际需求。而且，本发明所用工艺设备为常规通用设备，成本较低。
Claims (1)
1.一种提高高强度变形镁合金阻尼性能的塑性加工工艺，其特征在于：所述塑性加工工艺包括以下步骤：
1)挤压塑性变形：将镁合金铸锭在挤压机上进行挤压，工艺参数为：挤压温度350℃-400℃，挤压比为9-15，挤压速度为2-8m/min，且速度恒定；
2)墩粗型锻造处理：将挤压塑性变形后的变形镁合金在380℃-400℃温度下保温1-2小时，然后再墩粗，墩粗时镁合金锭温度为315℃-375℃，墩粗率为30％-40％，墩粗应变速率为0.001-0.01/s；
在挤压塑性变形之前，还包括镁合金铸锭的均匀化处理工艺：在热处理炉中对镁合金铸锭进行退火热处理，工艺参数为：温度350-400℃，时间8-20小时；
经过步骤1)处理的挤压塑性变形后的变形镁合金，为抗拉强度280-450MPa的高强度镁合金。
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