CN103540881B - 一种改善镁合金拉压不对称性的加工方法 - Google Patents

一种改善镁合金拉压不对称性的加工方法 Download PDF

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Abstract

一种改善镁合金拉压不对称性的加工方法，是将镁合金棒材或管材进行均匀化处理；然后，以棒材或管材的轴为转动中心，进行顺时针和/或逆时针扭转变形。通过反复扭转变形使镁合金棒材或管材受到一定纯剪切应力的作用导致晶体发生转动和孪生，在横截面上由于样品从心部到边部的变形程度的不同，因此产生的孪晶的体积分数从边部到心部也成梯度分布，这些孪晶能使样品的晶体取向的分布发生很大的改变，从而使其基面织构得到有效的调控，主要从弱化基面织构方面来改善镁合金的拉压不对称性。本发明工艺设计合理，设备要求简单，操作方便，成本低，低能耗，效率高，在提高其强度的同时还大幅度改善了镁合金的拉压不对称性问题，具有良好的工业应用前景。

Description

一种改善镁合金拉压不对称性的加工方法
技术领域
本发明公开了一种改善镁合金拉压不对称性的加工方法，特指通过反复扭转变形来改善镁合金拉压不对称性的方法。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，具有比强度和比刚度高、弹性模量大、散热好、阻尼减震性好、承受冲击载荷能力大和易回收等优点，在航空、航天、汽车、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。镁合金具有密排六方晶体结构，室温下能够提供塑性变形的独立滑移系较少，室温成形性能较差，使其使用范围受到了严重的限制；镁合金密排六方晶体结构中，晶体的对称性较低，在加工过程中极易形成基面织构，基面织构会影响镁合金的力学行为，特别是拉压不对称性，严重的拉压不对称性使其不适合作为结构件使用，限制了其使用范围。因此急需发明一种既可以改善镁合金拉压不对称性又可以提高其强度的加工方法。
目前有较多关于镁合金拉压不对称性问题的研究，但是关于如何改善镁合金拉压不对称性的加工方法非常有限，等通道转角挤压加工技术是其中一种较为常见的方法。
通过等通道转角挤压可以改善镁合金的拉压不对称性，但通过等通道转角挤压加工的材料强度基本上会下降，且其工艺较复杂，需要反复多道次挤压，加工材料受模具尺寸和设备的限制，生产效率低，所需成本较高，难以实现大尺寸部件的制备以及大规模的工业生产。
发明内容
本发明目的在于克服现有镁合金存在的拉压不对称性的缺陷，提供一种工艺设计合理、设备要求简单、操作方便、成本低、效率高的改善镁合金拉压不对称性的加工方法；本发明通过对镁合金进行反复扭转变形，在提供镁合金强度的同时，可以很好的改善其拉压不对称性。
本发明一种改善镁合金拉压不对称性的加工方法中，包括下列步骤：
第一步：均匀化处理
将镁合金棒材或管材进行均匀化处理；
第二步：扭转变形
将第一步所得镁合金棒材或管材以其轴为转动中心，进行顺时针和/或逆时针扭转变形，其中，管材在扭转变形之前需对管材空心部分进行填充。
本发明一种改善镁合金拉压不对称性的加工方法，对管材空心部分采用沙子进行填充。
本发明一种改善镁合金拉压不对称性的加工方法，均匀化处理工艺条件为：加热保温温度350—500℃，保温时间20min—20h，出炉空冷。
本发明一种改善镁合金拉压不对称性的加工方法，扭转变形的扭转速度为0.1—5圈/min，扭转变形的累计扭转角度为50°—1000°。
本发明一种改善镁合金拉压不对称性的加工方法，扭转变形的累计扭转角度为50°—500°。
本发明一种改善镁合金拉压不对称性的加工方法，所述棒材或管材横截面为圆形、矩形、正多边形中的一种。
本发明一种改善镁合金拉压不对称性的加工方法，所述扭转变形是室温扭转变形。
本发明一种改善镁合金拉压不对称性的加工方法，所述扭转变形采用单次单向扭转变形、单次双向扭转变形、多次单向扭转变形、多次双向扭转变形中的至少一种方式进行。
本发明的机理简述于下：
本发明通过反复扭转变形使镁合金棒材或管材受到一定纯剪切应力的作用导致晶体发生转动和孪生，在横截面上由于样品从心部到边部的变形程度的不同，因此产生的孪晶的体积分数从边部到心部也成梯度分布，这些孪晶能使样品的晶体取向的分布发生很大的改变，从而使其基面织构得到有效的调控，主要从弱化基面织构方面来改善镁合金的拉压不对称性。
本发明的一种改善镁合金拉压不对称性的加工方法与现有技术相比，具有以下优点：
1、本发明工艺设计合理、流程短、成本低，扭转后不需要热处理等后续工艺就能获得强度和拉压不对称性有很大改善的镁合金，大幅提高生产效率，降低成本，有利于大规模工业化应用；
2、本发明中的变形方式(扭转变形)所需设备简单，且是在室温下变形，不需要加热，环保。
3、本发明通过反复扭转变形引入纯剪切应力对镁合金的基面织构进行调控，在提高其强度的同时还大幅度改善了镁合金的拉压不对称性。
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，低能耗，效率高，在提高其强度的同时还大幅度改善了镁合金的拉压不对称性问题，具有良好的工业应用前景。
附图说明
附图1为本发明多次反复扭转变形的原理示意图。
附图2为本发明实施例中铸轧AZ31在400℃退火1h后以1圈/min的速度扭转变形前后的拉伸力学曲线图。
附图3为本发明实施例2中铸轧AZ31在400℃退火1h后以1圈/min的速度扭转后的力学曲线图。
附图4为本发明实施例5中AZ31在450℃退火2h后的扭转前后的力学曲线。
其中，
附图2中：
曲线1为实施例1扭转前的力学曲线；
曲线2为实施例1扭转后的力学曲线；
曲线3为实施例2扭转后的力学曲线。
附图3中：
曲线4为压缩力学曲线；
曲线5为拉伸力学曲线。
附图4中：
曲线6为扭转前的压缩力学曲线；
曲线7为扭转后的压缩力学曲线，
曲线8为扭转前的拉伸力学曲线；
曲线9为扭转后的拉伸力学曲线。
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
将铸轧的AZ31镁合金实心圆棒，经400℃均匀化退火1h。
退火后扭转前的力学性能参数为：压缩屈服强度σyc为57MPa,拉伸屈服强度σyt为71MPa，抗拉强度σbt为213MPa，σyc/σyt为0.80，其拉伸力学曲线参见附图2中的曲线1。
以1圈/min的速度使圆棒以其长度方向为轴进行顺时针扭转180°后，其力学性能参数为：
压缩屈服强度σyc为101MPa，拉伸屈服强度σyt为120MPa，抗拉强度σbt为237MPa，比扭转前提高了11.3%；σyc/σyt从扭转前的0.80改善到0.84(见表1)。
由附图2可见：经扭转变形180°后(曲线2)，其抗拉强度和屈服强度较扭转前(曲线1)都有提高。
实施例2
将铸轧的AZ31镁合金实心圆棒，经400℃均匀化退火1h。
以1圈/min的速度使圆棒以其长度方向为轴进行反复扭转变形，顺时针扭转180°再逆时针扭转180°，累积扭转360°后，其力学性能参数为：
压缩屈服强度σyc为141MPa，拉伸屈服强度σyt为152MPa，抗拉强度σbt为274MPa，比扭转前213MPa提高了28.6%；σyc/σyt从扭转前的0.80改善到0.93(见表1)。
由附图2可见经累积扭转变形360°后(曲线3)，其抗拉强度和屈服强度较扭转前(曲线1)都明显的提高。
由附图3(曲线4为压缩曲线，曲线5为拉伸曲线)可见：本实施例处理后的镁合金实心圆棒，其压缩屈服强度σyc和拉伸屈服强度σyt已经很接近，说明拉压不对称性基本上消失。
实施例3
将AZ31镁合金空心圆管，经450℃均匀化退火2h。
退火后扭转前的力学性能参数为：压缩屈服强度σyc为73MPa，拉伸屈服强度σyt为150MPa，抗拉强度σbt为290MPa，σyc/σyt为0.50。
扭转变形之前用沙子把圆管填充好，填充之后以2圈/min的速度使圆管以其长度方向为轴顺时针扭转150°后再逆时针扭转150°，累积扭转300°，其压缩屈服强度σyc为108MPa，拉伸屈服强度σyt为120MPa，抗拉强度σbt为315MPa，比扭转前提高了8.6%，σyc/σyt从扭转前的0.50提高到了0.90(见表1)。
实施例4
将正方形的AZ31镁合金棒材，经450℃均匀化退火2h。
退火后扭转前的力学性能参数为：压缩屈服强度σyc为73MPa，拉伸屈服强度σyt为150MPa，抗拉强度σbt为290MPa，σyc/σyt为0.50。
以3圈/min的速度使圆棒以其长度方向为轴顺时针扭转100°后，再逆时针扭转100°，再顺时针扭转100°，最后再逆时针扭转100°，累积扭转400°后，其压缩屈服强度σyc为115MPa，拉伸屈服强度σyt为117MPa，抗拉强度σbt为318MPa，比扭转前提高了9.7%，σyc/σyt从扭转前的0.50提高到了0.98(见表1)。
实施例5
将AZ31镁合金棒材，经450℃均匀化退火2h。
退火后扭转前的力学性能参数为：压缩屈服强度σyc为91MPa，拉伸屈服强度σyt为114MPa，抗拉强度σbt为318MPa，σyc/σyt为0.80。
以0.5圈/min的速度使圆棒以其长度方向为轴顺时针扭转180°后再逆时针扭转180°，累积扭转360°后其压缩屈服强度σyc为140MPa，拉伸屈服强度σyt为145MPa，抗拉强度σbt为340MPa，比扭转前提高了6.9%，σyc/σyt从扭转前的0.80提高到了0.97(见表1)。
附图4为扭转前后的拉伸压缩力学曲线，曲线6为扭转前的压缩力学曲线；曲线7为扭转后的压缩力学曲线，曲线8为扭转前的拉伸力学曲线；曲线9为扭转后的拉伸力学曲线，从附图4中的曲线7、9可见：经累积扭转变形360°后，其相对应的抗拉强度和屈服强度较扭转前(曲线6、8)都有提高，且其延性也从14%提升到了18%，提高了28.6%。
表1
从以上实施例得到的参数可以看出：
1、本发明工艺设计合理、流程短、成本低，扭转后不需要热处理等后续工艺就能获得强度和拉压不对称性有很大改善的镁合金，大幅提高生产效率，降低成本，有利于大规模工业化应用；
2.本发明中的变形方式(扭转变形)所需设备简单，且是在室温下变形，不需要加热，环保。
3、本发明通过反复扭转变形引入纯剪切应力对镁合金的基面织构进行调控，在提高其强度的同时还大幅度改善了镁合金的拉压不对称性。

Claims (7)

1.一种改善镁合金拉压不对称性的加工方法，包括下列步骤：
第一步：均匀化处理
将镁合金棒材或管材进行均匀化处理；
第二步：扭转变形
将第一步所得镁合金棒材或管材以其轴为转动中心，进行顺时针和/或逆时针扭转变形，其中，管材在扭转变形之前需对管材空心部分进行填充；所述扭转变形是室温扭转变形。
2.根据权利要求1所述的一种改善镁合金拉压不对称性的加工方法，其特征在于：均匀化处理工艺条件为：加热保温温度350—500 ℃，保温时间20 min—20 h，出炉空冷。
3.根据权利要求2所述的一种改善镁合金拉压不对称性的加工方法，其特征在于：对管材空心部分采用沙子进行填充。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种改善镁合金拉压不对称性的加工方法，其特征在于：扭转变形的扭转速度为0.1—5圈/min，扭转变形的累计扭转角度为50°—1000°。
5.根据权利要求4所述的一种改善镁合金拉压不对称性的加工方法，其特征在于：扭转变形的累计扭转角度为50°—500°。
6.根据权利要求4所述的一种改善镁合金拉压不对称性的加工方法，其特征在于：所述棒材或管材横截面为圆形、矩形、正多边形中的一种。
7.根据权利要求4所述的一种改善镁合金拉压不对称性的加工方法，其特征在于：所述扭转变形采用单向单次扭转变形、单向多次扭转变形、双向单次扭转变形、双向多次扭转变形中的至少一种方式进行。
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