CN102828132A - 一种同步提高铸造镁合金强度和塑性的加工方法 - Google Patents

Abstract

一种同步提高铸造镁合金强度和塑性的加工方法，即将铸态镁合金均匀化退火后，加热到100~250℃进行预时效，然后加热至350~550℃，均温后压缩变形，变形量70~95%。本发明有效地提高了铸造镁合金的强度和塑性，并获得组织均匀、细小、稳定的镁合金板材；克服了铸造镁合金的塑性差、不易热加工等缺点。与通过多道次变形来提高镁合金强度、塑性工艺相比，该发明仅需一道次变形即可获得性能优良的镁合金板材，大大缩短了工艺流程，简化加工工艺，有效地节约能源、降低成本，具有良好的工业应用前景。

Description

一种同步提高铸造镁合金强度和塑性的加工方法

技术领域

本发明公开了一种同步提高铸造镁合金强度和塑性的加工方法，特指通过人工时效及大变形量压缩来制备高强高延展性镁合金板材的方法。属于镁合金加工技术领域。

背景技术

镁合金作为“21世纪绿色工程材料”，在航空、军事、汽车以及3C领域都有重要的应用价值和广阔的应用前景。目前市面上的镁合金产品主要以铸件为主。但铸造镁合金的强度较低、塑性较差，只能用作一些力学性能要求较低的场合。为使铸造镁合金应用在力学性能要求高的零部件上，有必要对其进行后续加工。然而铸造镁合金低的延展性使现有技术很难对其进行后续加工。ECAP虽能改善铸造镁合金如AZ91的力学性能，但其工艺较复杂，需要反复多道次挤压，加工材料受模具尺寸的限制，生产效率低，所需成本较高，工业应用前景有限。中国专利申请号201210124223.X虽也采用高温大压下量及温轧退火的工艺来改善镁合金的性能，其延性有大幅度的提升，但其强度只稍有提高，且生产工序多、成本高，后续轧制铸造镁合金易开裂。为扩大铸造镁合金的应用，有必要寻求一种低成本、简单有效的改善铸造镁合金性能的加工工艺。

发明内容

本发明目的在于克服现有铸造镁合金加工技术的不足、生产效率过低，难以规模化工业生产等问题而提供一种工艺设计合理、设备要求简单、操作方便、成本低、效率高，通过预时效与大变形量压缩相结合制备出强度、延展性良好镁合金板材的方法。

本发明的一种同步提高铸造镁合金强度和塑性的加工方法，包括下列步骤：

第一步：均匀化处理

将铸态镁合金加热到380~550℃保温，进行均匀化处理后自然冷却至室温；

第二步：人工时效

将第一步所得材料加热至100~250℃人工时效后，水淬；

第三步：压缩变形

将第二步所得材料加热到压缩温度350~550℃，均温后进行压缩变形，变形量70~95%。

本发明一种同步提高铸造镁合金强度和塑性的加工方法中，所述铸态镁合金为可时效强化的铸造镁合金。

本发明一种同步提高铸造镁合金强度和塑性的加工方法，所述压缩采用热锻或挤压。

本发明一种同步提高铸造镁合金强度和塑性的加工方法中，均匀化处理保温时间为2~48h。

本发明一种同步提高铸造镁合金强度和塑性的加工方法中，时效时间为0.5~50h。

本发明一种同步提高铸造镁合金强度和塑性的加工方法中，压缩变形前的保温时间为10~60min。

本发明一种同步提高铸造镁合金强度和塑性的加工方法中，压缩变形温度为380~520℃，变形量为80~90%。

本发明通过预时效可以使合金析出相增多，这些析出相有效阻碍了位错滑移，位错缠结，从而提高镁合金强度；同时，粗大析出相可成为动态再结晶的有效形核点，增大动态再结晶形核率。此外，变形时利用高温激活非基面滑移弱化基面织构；析出的沉淀相也可抑制压缩时再结晶晶粒的长大，保留细小的再结晶晶粒，从而得到组织均匀、细小的镁合金，提高镁合金的强度和延性。

本发明一种同步提高铸造镁合金强度和塑性的加工方法具有以下几大优点：

1、本发明利用常规的压缩设备即可实现，工艺设计合理、流程短，仅需一道次变形即可获得高强高延展性铸造镁合金，大幅提高生产效率，降低成本，有利于大规模工业化应用；

2、本发明利用变形前的预时效使得镁合金析出相增多，增大了动态再结晶形核率，同时析出相阻住动态再结晶晶粒长大，使得变形后的晶粒细小均匀，提高镁合金强度和延性；

3、本发明利用高温压缩激活非基面滑移系弱化织构，且预时效引入的析出相阻碍了位错滑移，位错缠结，强度提高。

综上所述，本发明工艺设计合理，设备要求简单，操作方便，成本低、效率高，有效地克服了现有技术关于需多道次制备性能优良的镁合金，晶粒细化不均匀和难以规模化应用等难题，具有良好的工业应用前景。

附图说明

附图1a为本发明实施例1的铸态AZ91镁合金450℃热锻变形的显微组织，变形量80%。

附图1b为本发明实施例1的铸态AZ91镁合金225℃时效10h，450℃热锻变形后的显微组织，变形量80%。

附图1c为本发明实施例1的铸态AZ91镁合金加工前后的室温拉伸曲线：曲线1为固溶处理后的力学性能，曲线2为未时效热锻后的力学性能；曲线3为时效后热锻的力学性能。

附图2为本发明实施例2的铸态AZ91镁合金加工前后的室温拉伸曲线：曲线4为固溶处理后的力学性能，曲线5为未时效热锻后的力学性能；曲线6为时效后热锻的力学性能。

附图3a为本发明实施例3的ZM6镁合金480℃热锻变形的扫描组织，变形量84%。

附图3b为本发明实施例3的ZM6镁合金200℃时效11h，480℃热锻变形后的扫描组织，变形量84%。

附图3c为本发明实施例3的ZM6镁合金加工前后的室温拉伸曲线：曲线7为固溶处理后的力学性能，曲线8为未时效热锻后的力学性能；曲线9为时效后热锻的力学性能。

附图4为本发明实施例4的ZM6镁合金加工前后的室温拉伸曲线：曲线10为固溶处理后的力学性能，曲线11为未时效热锻后的力学性能；曲线12为时效后热锻的力学性能。

附图5为本发明实施例5的铸态AZ91镁合金加工前后的室温拉伸曲线：曲线13为固溶处理后的力学性能，曲线14为未时效挤压后的力学性能；曲线15为时效后挤压的力学性能。

具体实施方式

以下结合实施例旨在进一步说明本发明，而非限制本发明。

实施例1

本实施例利用原材料为铸态AZ91镁合金。

固溶处理工艺：400℃+10h固溶后空冷；

固溶+时效处理工艺：400℃+10h固溶后空冷+225℃时效10h；

热锻工艺：450℃保温20min后锻压，变形量为80%。

3号试样变形后的显微组织(图1b)比2号试样组织(图1a)更加均匀、细小，且析出相较多；三种试样的拉伸曲线见图1c。

实施例2

本实施例利用原材料为铸态AZ91镁合金。

固溶处理工艺：400℃+10h固溶后空冷；

固溶+时效处理工艺：400℃+10h固溶后空冷+170℃时效25h；

热锻工艺：480℃保温15min后锻压，变形量为84%。

实施例3

本实施例利用原材料为铸态ZM6镁合金。

固溶处理工艺：530℃+5h固溶后空冷；

固溶+时效处理工艺：530℃+5h固溶后空冷+200℃时效11h；

热锻工艺：480℃保温20min后锻压，变形量为84%。

由锻压后的扫描组织图可见，9号试样（图3b）比8号试样（图3a）析出相更加弥散，且析出相形貌也有所变化。

实施例4

本实施例利用原材料为ZM6镁合金。

固溶处理工艺：530℃+5h固溶后空冷；

固溶+时效处理工艺：530℃+5h固溶后空冷+160℃时效36h；

热锻工艺：450℃保温15min后锻压，变形量为78%。

实施例5

本实施例利用原材料为AZ91铸态镁合金。

固溶处理工艺：420℃+24h固溶后空冷；

固溶+时效处理工艺：420℃+24h固溶后空冷+210℃时效12h；

挤压工艺：350℃保温15min后挤压，挤压比为15，变形量为85%。从实施例1-5得到的热锻材和挤压材的性能指标可以看出，采用本发明方法，可以有效提高铸造镁合金以及可时效强化的铸造镁合金的强度和延性。

Claims (7)

1.一种同步提高铸造镁合金强度和塑性的加工方法，包括下列步骤：

第一步：均匀化处理

将铸态镁合金加热到380~550℃保温，进行均匀化处理后自然冷却至室温；

第二步：人工时效

将第一步所得材料加热至100~250℃人工时效后，水淬；

第三步：压缩变形

将第二步所得材料加热到压缩温度350~550℃，均温后压缩，变形量70~95%。

2.根据权利要求1所述的一种同步提高铸造镁合金强度和塑性的加工方法，其特征在于：所述铸态镁合金为可时效强化的铸造镁合金。

3.根据权利要求2所述的一种同步提高铸造镁合金强度和塑性的加工方法，其特征在于：所述压缩采用热锻或挤压。

4.根据权利要求3所述的一种同步提高铸造镁合金强度和塑性的加工方法，其特征在于：均匀化处理保温时间为2~48h。

5.根据权利要求4所述的一种同步提高铸造镁合金强度和塑性的加工方法，其特征在于：人工时效时间为0.5~50h。

6.根据权利要求5所述的一种同步提高铸造镁合金强度和塑性的加工方法，其特征在于：压缩变形前的保温时间为10~60min。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种同步提高铸造镁合金强度和塑性的加工方法，其特征在于：压缩变形温度为380~520℃，变形量为80~90%。

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