CN102127725A - 一种高强度高韧性镁合金板带材的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种通过冷变形以及人工时效处理制备高强度高韧性镁合金板带材的方法，是将热变形态镁合金或经400～540℃保温1～15小时后水淬冷却的固溶态镁合金置于液氮中深冷处理后进行冷变形，也可对原始热变形态或固溶态镁合金直接进行冷变形，控制变形量为5％～20％；最后在100～250℃下保温5～100小时进行人工时效处理，即可获得高强度高韧性镁合金。本发明工艺设计合理，设备要求简单，操作方便，可有效克服现有高强度高韧性镁合金制备工艺中存在的成本高、不易制备大件镁合金和难以规模化应用的问题；制备出强度和延性综合机械性能优异的镁合金板带材，有良好的工业应用前景。

Description

一种高强度高韧性镁合金板带材的制备方法
技术领域
本发明公开了一种高强度高韧性镁合金板带材的制备方法，特指利用冷变形以及人工时效处理制备高强度高韧性镁合金板带材。属于镁合金加工技术领域。
背景技术
镁合金是目前国内外备受重视的轻质金属材料，在汽车、航空航天和机电与电子产品的生产领域有广阔的应用前景，是钢铁和铝合金材料理想的轻量化替代材料。但是与它们相比，镁合金低的强度和硬度严重地限制了其使用范围，因此制备出高强度、高硬度的镁合金具有十分重要的意义。
镁合金的特种加工技术，如ECAE等的确可以获得很高的力学性能，但制备出的材料通常具有较低的延性，而且因加工材料受模具尺寸的限制，工序繁多，生产效率底、成本高等问题难以投入工业应用。另外，可时效强化变形镁合金，通过时效处理也可以提高变形镁合金的强度，但需要添加大量昂贵的稀土元素，增加了生产成本，且制得的镁合金尽管具有较高的强度，塑性却较差，严重影响了其后续成型能力。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种加工工艺合理、设备要求简单，操作方便，通过室温或液氮冷却下的极低温变形以及人工时效处理相结合制备高强度高韧性镁合金板带材的方法。
一种高强度高韧性镁合金板带材的制备方法，包括下述步骤：
第一步：室温下冷变形或液氮深冷处理后冷变形
将原始热变形态或固溶态镁合金直接进行冷变形，或
将原始热变形态镁合金或固溶态镁合金置于液氮中深冷处理后进行冷变形，所述冷变形量为5％～20％；
第二步：人工时效
将第一步所得的试件加热到100～250℃保温5～100小时后，水淬冷却，即获得高强度高韧性镁合金板带材。
本发明中，所述热变形态或固溶态镁合金为可时效强化变形镁合金。
本发明中，所述固溶态镁合金是将热变形态镁合金加热到400～540℃，保温1～15小时后，出炉水淬而得到。
本发明中，所述深冷处理是将镁合金试件置于液氮中浸泡5～20min。
本发明中，所述的冷变形为冷轧或冷锻。
本发明方法利用室温或液氮冷却下的极低温变形产生大量位错、孪晶等促进析出相形核，对稀土及其他可时效强化镁合金都具有很好的强化效果，而且产生的孪晶还可以改变晶粒取向弱化原始织构，提高合金延性。此外，采用冷变形还可以节约能源、降低成本，特别适合制备大件镁合金，使高强度高韧性镁合金的低成本规模化制备成为可能。
本发明的优点和积极效果简述于下：
本发明以镁合金热变形材为原材料，对其进行冷变形和随后的人工时效处理，制备出高强度高韧性镁合金板带材；具有如下优点：
1、利用冷变形引入的大量位错和孪晶等缺陷不仅可以起到很好的强化作用，还可以有效地促进析出相的形核，对稀土及其他可时效强化镁合金都有很好的强化效果。
2、本发明节约能源，有利于降低成本，特别适合大件高强度高韧性镁合金的制备，易于大规模的工业化应用。
3、本发明工艺设计合理，设备要求简单，可制备出强度和延性综合机械性能优异的镁合金板带材，有良好的工业应用前景。
综上所述，本发明工艺设计合理，设备要求简单，操作方便，可有效克服现有高强度高韧性镁合金制备工艺中存在的成本高、不易制备大件镁合金和难以规模化应用问题，制备出强度和延性综合机械性能优异的镁合金板带材，有良好的工业应用前景。
附图说明
附图1为本发明实施例1的热变形态AZ91镁合金采用现行方法直接在200℃下时效以及经8％的冷轧和在200℃时效的硬度曲线。
附图2为本发明实施例2的AZ91镁合金经430℃保温4小时后的固溶态AZ91镁合金室温冷轧至8％后，在200℃时效的硬度曲线。
附图3(a)为本发明实施例2的AZ91镁合金在430℃保温4小时后的固溶态金相组织。
附图3(b)为本发明实施例2的固溶态AZ91镁合金室温冷轧至8％的后，在200℃时效10小时后的金相组织。
附图4为本发明实施例4的热变形态GW103稀土镁合金采用现行方法直接在200℃下时效以及经9％的冷锻后在200℃时效的硬度曲线。
附图5(a)、(b)分别为本发明实施例4的热变形态GW103稀土镁合金经9％的冷锻后，在200℃时效50小时后的金相组织和扫描电镜组织。
图中：
附图1中，曲线1为实施例1处理的热变形态AZ91镁合金的硬度曲线；曲线2为采用现行方法处理的热变形态AZ91镁合金的硬度曲线。
附图3(a)、(b)的金相组织可以看出，固溶处理后的AZ91镁合金经冷轧和时效后晶粒内产生大量孪晶以及大量优先从孪晶内及附近区域析出的细小、弥散分布的颗粒状第二相。
附图4中，曲线3为实施例4处理的热变形态GW103稀土镁合金的硬度曲线；曲线4为采用现行方法处理的热变形态GW103稀土镁合金的硬度曲线。
附图5(a)、(b)的金相组织和扫描电镜组织可以看到，镁合金晶粒内均匀、弥散地分布着细条状的析出物。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作详细介绍：
实施例1
室温下对热变形态AZ91镁合金进行冷轧，变形至8％后在200℃下人工时效。由附图1可看出，经本发明工艺处理后的镁合金，最佳时效时间为8-10小时，最高硬度可达102Hv，较传统热变形后直接时效处理提高了近10％。经检测，其抗压强度达468MPa，最大压缩率达13.8％。
实施例2
将热变形态AZ91镁合金置于炉内加热到430℃保温4小时后水淬冷却，在室温下冷轧至8％后置于200℃下人工时效。由附图2可看出，最佳时效时间为10小时，此时硬度可达101Hv。由附图3可知，这种高硬度主要源于冷变形中产生的大量孪晶以及优先从孪晶内和附近区域析出的大量细小、弥散分布的颗粒状第二相。结合表1可知，此时镁合金试件的抗压强度和最大压缩率分别为472MPa和20.2％，较现行方法处理的413MPa和14.3％均有大幅度提高。
实施例3
将热变形态AZ91镁合金置于炉内加热到430℃保温4小时后水淬冷却，再放入液氮中保温15min进行深冷处理，随后进行冷轧，变形至8％后在200℃下人工时效。时效10小时后，镁合金的硬度高达110Hv，结合表1可知，此时镁合金试件的抗压强度和最大压缩率分别为488MPa和15.4％。
实施例4
室温下对热变形态GW103稀土镁合金进行冷锻，变形至9％后在200℃下人工时效。由附图4可看出，经本发明工艺处理后的镁合金硬度有了大幅度提高，在时效50小时后硬度达到了135Hv，较现行方法处理的124Hv提高了近9％。结合附图5可看出，此时镁合金晶粒内均匀、弥散地分布着细条状的析出物。
实施例5
将热变形态AZ91镁合金置于炉内加热到400℃保温15小时后水淬冷却，再放入液氮中保温20min进行深冷处理，随后进行冷轧，变形至20％后在100℃下人工时效。时效100小时后，镁合金的硬度高达115Hv，经检测，此时镁合金试件的抗压强度和最大压缩率分别为493MPa和14.4％。
实施例6
将热变形态GW103稀土镁合金置于炉内加热到540℃保温1小时后水淬冷却，再放入液氮中保温5min进行深冷处理，随后进行冷轧，变形至5％后在250℃下人工时效。时效25小时后，镁合金的硬度高达130Hv。
热变形态AZ91镁合金采用本发明实施例1-3的处理工艺及现行方法处理后的最大压缩率和抗压强度数据见表1。
表1

Claims (7)

1.一种高强度高韧性镁合金板带材的制备方法，包括下述步骤：
第一步：室温下冷变形或液氮深冷处理后冷变形
将原始热变形态或固溶态镁合金直接进行冷变形，或
将原始热变形态镁合金或固溶态镁合金置于液氮中深冷处理后进行冷变形，所述冷变形量为5％～20％；
第二步：人工时效
将第一步所得的试件加热到100～250℃保温5～100小时后，水淬冷却，即获得高强度高韧性镁合金板带材。
2.根据权利要求1所述的一种高强度高韧性镁合金板带材的制备方法，其特征在于：所述冷变形量为8％～15％；所述人工时效温度为120～220℃，保温，10～90小时。
3.根据权利要求1所述的一种高强度高韧性镁合金板带材的制备方法，其特征在于：所述冷变形量为10％～12％；所述人工时效温度为150～200℃，保温，15～60小时。
4.根据权利要求1所述的一种高强度高韧性镁合金板带材的制备方法，其特征在于：所述热变形态或固溶态镁合金为可时效强化变形镁合金。
5.根据权利要求1所述的一种高强度高韧性镁合金板带材的制备方法，其特征在于：所述固溶态镁合金是将热变形态镁合金加热到400～540℃，保温1～15小时后，出炉水淬而得到。
6.根据权利要求1所述的一种高强度高韧性镁合金板带材的制备方法，其特征在于：所述深冷处理是将镁合金试件置于液氮中浸泡5～20min。
7.根据权利要求1所述的一种高强度高韧性镁合金板带材的制备方法，其特征在于：所述的冷变形为冷轧或冷锻。
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