CN101985729A - 一种细化镁合金板材晶粒的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种镁合金板材晶粒细化的方法，具体涉及的是一种通过循环“冷轧-退火”法细化镁合金板材晶粒的制备方法，按照后面一次的冷轧变形量大于前一次的变形量，后面一次的退火处理温度低于前一次的处理温度这样一个规律，多次重复循环“冷轧变形和退火”，得到晶粒细化的镁合金板材；其中的镁合金板包括合金元素重量百分比含量在0.1%~10%，通过多次“冷轧变形及退火”，从而大幅的细化镁合金板的晶粒尺寸。本发明的方法，成本低，操作简单，可用于大规模生产，是一种经济、有效的制备镁合金板材的方法；利用该方法制备镁合金板材具有成本低、强度高、塑性好等特点，可广泛应用在汽车、航空航天、通讯、建筑等各个领域。

Description

一种细化镁合金板材晶粒的方法

技术领域

本发明涉及一种镁合金板材晶粒细化方法，具体涉及的是一种通过多次循环“冷轧-退火”法细化镁合金晶粒的制备方法。

 

背景技术

镁合金是实用金属中是最轻的合金, 镁合金比铝合金轻36%、比锌合金轻73%、比钢轻77%。它是实用金属中的比强度最高的金属。镁合金广泛用于携带式的器械和汽车行业中，达到轻量化的目的。例如：手机，笔记本电脑上的液晶屏幕的尺寸年年增大，在它们的枝撑框架和背面的壳体上使用了镁合金。镁合金的比重虽然比塑料重，但单位重量的强度和弹性率比塑料高。所以，在同样的强度零部件的情况下，镁合金的零部件能做得比塑料的薄而且轻。虽然镁合金的导热系数不及铝合金，但是，比塑料高出数十倍，镁合金用于电器产品上可有效地将内部的热散发到外面。因此可以在内部产生高温的电脑和投影仪等的外壳和散热部件上使用镁合金；电视机的外壳上使用镁合金可做到无散热孔。镁合金的电磁波屏蔽性能比在塑料上电镀屏蔽膜的效果好，使用镁合金可省去电磁波屏蔽膜的电镀工序。这使得镁合金在手机电话的壳体和屏蔽材料，及通讯材料上得到很好的应用。镁合金比其他金属的切削阻力小，在机械加工时，可以较快的速度加工。在这种背景下，镁合金板带材的发展面临着很好的机遇，镁合金板材在各种镁合金材料中所占的比例逐渐增加。但是，由于镁合金的密排六方结构使得它的塑性成型能力差，并且镁合金的强度低，抗腐蚀性能差，在一定的程度上限制了镁合金的广泛应用。目前，细化晶粒是一种有效的提高镁合金材料成型能力的方法。

近年来在镁合金晶粒细化方面开展了一些研究，主要是通过大变形处理方法如等径角挤压，搅拌摩擦焊，交叉轧制，异步轧制，往复挤压，多向锻造，累积叠轧工艺和道次变形量很大的热轧来使晶粒得到细化。虽然这些方法已被证明能细化晶粒，但很多这样的方法由于其自身工艺的限制，不适合于商业化生产。

发明内容

本发明针对现有技术中细化镁合金晶粒方法的上述不足，其目的是提出一种通过多次“冷轧和退火”处理细化镁合金板材晶粒的制备方法。采用本发明方法可以制备出晶粒尺寸细小、强度高、塑性好的镁合金板材。

本发明的技术方案是：一种镁合金板材细化晶粒的方法，其包括如下步骤：

1、将含有至少一种合金元素的镁合金板，在一定的变形量下冷轧变形，轧制速度为5m/min—60m/min，变形量为5%—20%，使其在晶粒中得到较多的孪晶；

2、将步骤1制备的变形态镁合金板进行退火处理，温度为150—400℃，时间为0.1—1000min，使其发生再结晶；再结晶晶粒会在孪晶界面上形核，能使晶粒得到细化；

3、将步骤2制备的板材继续冷轧变形，本步骤选用的变形量大于步骤1的变形量，轧制速度为5m/min-60m/min，使其晶粒中得到较多的孪晶；

4、将步骤3制备的变形态镁合金板进行退火处理，本步骤选用的退火温度比步骤2的温度低，时间为0.1—1000min，使其发生再结晶，继续细化晶粒；

5、根据工艺需要，重复步骤3、4的操作，最终得到晶粒细小的镁合金板材。

所述镁合金板包括合金元素重量百分比含量在0.1%~10%，通过多次“冷轧变形及适合温度退火”，从而大幅的细化镁合金板的晶粒尺寸。利用该方法制备镁合金板材具有成本低、强度高、塑性好等特点，可广泛应用在汽车、航空航天、通讯、建筑等各个领域。

本发明提到的镁合金板材至少含有一种合金元素，而合金元素的重量百分比含量在0.1%~10%，合金元素为铝、锌、锰、锆、锂、铍、钙、铜、铁、镍、银、锡、锑、钇、钍、硅、铈、稀土元素。

本发明所述合金元素含量用X射线荧光光谱仪测定。

本发明的目的是通过多次“冷变形和退火”的方法细化镁合金板晶粒，晶粒细小的镁合金板材，达到工艺要求的强度、刚度等。

本发明与现有技术的主要区别在于本发明非常适合于大规模生产，利用本发明制备的镁合金板材，具有更细小的晶粒，同时具有更高的强度和塑性，而且生产效率高，操作简单，可使生产成本降低20～30%。产生这种效果的主要原因在于本发明采用多次“冷变形和退火”法等容易实现的操作方法，利用镁合金变形自身的特点，通过静态再结晶，在孪晶界和孪晶片层间形核和长大，从而大幅的细化镁合金板材的晶粒尺寸。

本发明的设计思路在于首先从镁合金板材细化晶粒的可行方式出发，通过冷变形和退火等较易实现的方法，利用其在冷变形过程中产生的孪晶使得其晶粒得到细化。具体如下：由于镁合金具有密排六方结构，在室温变形时不易发生滑移，容易产生大量的孪晶。孪晶界是新的再结晶形核地点，这些产生的孪晶将晶粒分割成许多区域。一个晶粒内孪晶数量和类型出现的越多，晶粒细化的效果就越好。在接下来的再结晶退火过程中，再结晶晶粒易于在孪晶界及孪晶片层之间形核与长大，且孪晶能有效的阻止晶粒长大，所以在完全再结晶以后能起到细化晶粒的作用。反复多次的重复以上的变形及退火处理，就能不断的将晶粒细化。从而同时大幅的提高镁合金板的强度和塑性。本发明采用循环"冷轧大变形加退火处理"，成本低，操作简单，可用于大规模生产，是一种经济、有效的制备镁合金板材的方法。

 

附图说明

下面将结合附图对本发明的具体实例进行详细的描述，其中：

图1 为本发明制备方法的工艺流程图；

图2为本发明所述镁合金板第一次冷变形和退火时的组织演变示意图：a）原始晶粒；b）形变产生的孪晶；c）新晶粒形核；d）再结晶后的新晶粒。

图3为本发明所述镁合金板第二次冷变形和退火时的组织演变示意图：a）形变产生的孪晶；b）新晶粒形核；c）再结晶后的新晶粒。

图中，1为初始晶粒，2为晶界，3为孪晶，4为新晶核，5为原始晶界，6为新晶粒。

 

具体实施方式

本发明的细化镁合金板材晶粒的方法，参见附图1，其包括如下步骤：

1、将初始的含有至少一种合金元素的镁合金板，在一定的变形量下冷轧变形，轧制速度为5m/min-60m/min，变形量范围为5%-20%，使其在晶粒中得到较多的孪晶；

2、将步骤1制备的变形态镁合金板进行退火处理，温度为150—400℃，时间为0.1—1000min，使其发生再结晶；再结晶晶粒会在孪晶界面上形核，能使晶粒得到细化；

3、将步骤2制备的板材继续冷轧变形，本步骤选用的变形量大于步骤1的变形量，轧制速度为5m/min-60m/min，使其晶粒中得到较多的孪晶；

4、将步骤3制备的变形态镁合金板进行退火处理，本步骤选用的退火温度比步骤2的温度低，时间为0.1—1000min，使其发生再结晶，继续细化晶粒；

5、根据工艺需要，重复步骤3、4的操作，经多次重复操作“冷轧变形和退火”，最终得到晶粒细小的镁合金板材。即：按照后面一次的冷轧变形量大于前一次的变形量，后面一次的退火处理温度低于前一次的处理温度这样一个规律，多次重复循环“冷轧变形和退火”的操作处理，每次都能使晶粒得到细化，最终达到要求的强度等性能指标，满足工艺要求。后面一次的冷轧变形量比前一次的变形量一般大1%以上，后面一次的退火处理温度比前一次的退火处理温度低5℃以上。

本发明所述的镁合金板材至少含有一种合金元素，而合金元素的重量百分比含量在0.1%~10%，合金元素为铝、锌、锰、锆、锂、铍、钙、铜、铁、镍、银、锡、锑、钇、钍、硅、铈、稀土元素。

本发明所述合金元素含量用X射线荧光光谱仪测定。

本发明的冷轧变形，可以选取的变形量为5%、6%、7%、7.5%、8%、8.5%、9%、9.5%、10%、11%、12%、12.5%、13%、13.5%、14%、14.5%、15%、15.5%、16%、16.5%、17%、17.5%、18%、18.5%、19%、20%等，按照工艺要求选取合适的冷轧变形量，以满足加工需要。本发明的退火处理温度，按照工艺要求可以选取的温度点为150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、175℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、280℃、290℃、300℃、310℃、320℃、330℃、340℃、350℃、355℃、360℃、365℃、370℃、375℃、380℃、385℃、390℃、395℃、400℃等，满足工艺要求。本发明的轧制速度，可以选取的具体速度为：5m/min、8m/min、10m/min、12m/min、15m/min、18m/min、20m/min、22m/min、25m/min、28m/min、30m/min、32m/min、35m/min、38m/min、40m/min、45m/min、46m/min、50m/min、52m/min、55m/min、58m/min、60m/min，满足工艺要求。本发明的退火处理时间，按照工艺要求可以选取的时间为0.1min、0.5min、1min、2min、5min、10min、20min、30min、50min、60min、80min、100min、110min、120min、150min、180min、200min、250min、280min、300min、350min、380min、400min、420min、450min、480min、500min、530min、550min、580min、6000min、620min、650min、660min、700min、750min、780min、800min、820min、850min、880min、900min、920min、950min、960min、980min、1000min等，满足工艺要求。

参见图2、3所示，经过第一次冷轧变形和退火处理后，在初始晶粒1内，形成了多个新晶粒6，初始晶粒得到细化；再经过第二次冷轧变形和退火处理后，形成了更多个新晶粒6，晶粒得到更进一步的细化，晶粒尺寸更小。

实施例1镁合金板材晶粒细化的制备工艺如附图1所示，采用2mm厚的AZ31镁合金板材，首先对镁合金板材进行均匀化处理，加热至350℃并保温6小时，金相显微镜显示晶粒尺寸为80μm；将处理后的镁合金板材进行冷轧，轧制速度为20m/min，变形量（轧下量）为10%，得到厚度为1.8mm的板材；然后对该冷轧后的板材进行退火处理，退火工艺为350℃保温0.5小时，用金相显微镜观察样品的晶粒大小，经过第一轮冷轧和退火后得到板材的晶粒尺寸为35μm；

将上述制备的AZ31镁合金板材进行第二次冷轧和退火处理。首先将1.8mm厚的板材进行冷轧，轧制速度为20m/min，轧下量为15%，得到厚度为1.53mm的板材；然后对该冷轧后的板材进行退火处理，退火工艺为320℃保温0.2小时，这样经过第二轮冷轧和退火后得到板材的晶粒尺寸为15μm；

实施例2

采用1mm厚的AZ31镁合金板材，首先对镁合金板材进行均匀化处理，加热至400℃并保温12小时，金相显微镜显示晶粒尺寸为100μm；将处理后的镁合金板材进行冷轧，轧制速度为15m/min，轧下量为12%，得到厚度为0.88mm的板材；然后对该冷轧后的板材进行退火处理，退火工艺为300℃保温0.5小时，用金相显微镜观察样品的晶粒大小，经过第一轮冷轧和退火后得到板材的晶粒尺寸为30μm。

将上述制备的AZ31镁合金板材进行第二次冷轧和退火处理。首先将0.88mm厚的板材进行冷轧，轧制速度为25m/min，轧下量为15%，得到厚度为0.75mm的板材；然后对该冷轧后的板材进行退火处理，退火工艺为280℃保温0.5小时，这样经过第二次冷轧和退火后得到板材的晶粒尺寸为18μm。继续将厚度为0.75mm的板材进行第三次冷轧和退火处理，轧制速度为25m/min，轧下量为16%，得到厚度为0.63mm的板材；退火工艺为260℃保温0.2小时，最后，用金相显微镜观察板材的晶粒尺寸，经过第三次冷轧和退火后的得到板材的晶粒尺寸为6μm。

实施例3

采用2mm厚的AZ61镁合金板材，首先对镁合金板材进行均匀化处理，加热至400℃并保温12小时，金相显微镜显示晶粒尺寸为60μm；将处理后的镁合金板材进行冷轧，轧制速度为12m/min，轧下量为8%，得到厚度为1.84mm的板材；然后对该冷轧后的板材进行退火处理，退火工艺为310℃保温0.5小时，用金相显微镜观察样品的晶粒大小，经过第一次冷轧和退火后得到板材的晶粒尺寸为35μm。

将上述制备的AZ61镁合金板材进行第二次冷轧和退火处理。首先将1.84mm厚的板材进行冷轧，轧制速度为20m/min，轧下量为12%，得到厚度为1.62mm的板材；然后对该冷轧后的板材进行退火处理，退火工艺为270℃保温0.1小时，这样经过第二次冷轧和退火后得到板材的晶粒尺寸为12μm。

Claims (4)

1.一种镁合金板材细化晶粒的方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）将含有至少一种合金元素的镁合金板，在一定的变形量下冷轧变形，轧制速度为5m/min—60m/min，变形量为5%—20%，使其在晶粒中得到孪晶；

   （2）将步骤（1）制备的变形态镁合金板进行退火处理，温度为150—400℃，时间为0.1—1000min，使其发生再结晶；再结晶晶粒会在孪晶界面上形核，能使晶粒得到细化；

（3）将步骤（2）制备的板材继续冷轧变形，本步骤选用的变形量大于步骤（1）的变形量，轧制速度为5m/min-60m/min，使其晶粒中得到较多的孪晶；

（4）将步骤（3）制备的变形态镁合金板进行退火处理，本步骤选用的退火温度比步骤（2）的温度低，时间为0.1—1000min，使其发生再结晶，继续细化晶粒；

（5）根据工艺需要，重复步骤（3）、（4）的操作，最终得到晶粒细小的镁合金板材。

2.根据权利要求1所述的镁合金板材细化晶粒的方法，其特征在于镁合金板的合金含量在0.1%~10%之间。

3.根据权利要求1或2所述的镁合金板材细化晶粒的方法，其特征在于：后一次的冷轧变形的形变量大于上一次的形变量，后一次的退火温度低于上一次的退火温度。

4.根据权利要求1或2所述的镁合金板材细化晶粒的方法，其特征在于：所述合金元素为铝、锌、锰、锆、锂、铍、钙、铜、铁、镍、银、锡、锑、钇、钍、硅、铈、稀土元素。

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