CN103556092A

CN103556092A - 一种提高镁合金成形性能的方法

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Publication number: CN103556092A
Application number: CN201310568800.9A
Authority: CN
Inventors: 陈先华; 潘复生; 汪小龙; 毛建军; 乔丽英
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2013-11-15
Filing date: 2013-11-15
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2033-11-15
Also published as: CN103556092B

Abstract

本发明公开了一种提高镁合金成形性能的方法，本方法是通过采用高纯度镁合金材料来实现的，具体工艺步骤包括均匀化、热轧制等。高纯镁合金的杂质元素含量低，导致铸态晶粒明显细化，促进了塑形变形过程中的动态再结晶，有效弱化基面织构，降低了材料的各向异性，推迟了镁合金板材的轧制边裂发生，从而达到提高镁合金成形性能的目的。本发明成形性能提高效果显著，且所用工艺设备为通过设备，成本较低，容易操作，工业上易于实现。

Description

一种提高镁合金成形性能的方法

技术领域

本发明涉及提高镁合金成形性能的新方法，特别涉及通过降低镁合金的杂质元素含量提高镁合金的成形性能的方法。

背景技术

近年来，随着能源供求的紧张，不可再生能源的大量消耗，能源危机逐渐凸显。为节约能源，各国对新材料的需求更加迫切，尤其是轻合金材料，如镁及镁合金材料。镁合金是目前工业应用中最轻的工程材料，具有低密度、高比强度、高比刚度以及优良的阻尼性能，尺寸稳定性、机械加工性及电磁屏蔽性好等优点，已成为21世纪重要的商用轻质结构材料。

但是，镁合金为密排六方结构，与其它合金相比，其结构对称性低，因此其成形性较差，从而限制了镁合金特别是变形镁合金在工业上的应用。通常，为了提高镁合金的成形性能，开展了很多不同的塑性变形工艺，例如，异步轧制和交叉轧制工艺。研究表明，将镁合金原料进行异步轧制得到的镁合金板材可以在室温条件下实现单道次20%形变量，制备的镁合金板材晶粒细小且力学性能提高；而交叉轧制能有效减轻材料的各向异性，提高其深冲性能，也能使材料组织更加均匀、并使晶粒趋向等轴。对比异步轧制、交叉轧制及常规轧制的板材，异步轧制明显降低了板材基面织构强度，从而使板材室温冲压性能得到提高；而交叉轧制的板材，晶粒显著细化，基面织构增强，提高了板材的力学性能，却降低了板材冲压成形性能；交叉轧制可以减弱板材各向异性。然而，以上两种工艺相对于常规的挤压和轧制工艺过于复杂，一定程度上增加了成本，且不利于大规模的生产应用。

而另外一种提高镁合金成形性能的方法就是添加合金元素，有研究指出，添加稀土元素Ce可以激活镁合金的非基面滑移，改善镁合金的基面织构，促进热加工过程中的动态再结晶，降低镁合金的各向异性，从而提高镁合金的成形性能。常熟市东方特种金属材料厂朱正良等人公开了“一种镁-钇-钆合金”（专利号为CN 103014468 A），通过添加稀土元素Gd使镁基体点阵产生畸变，降低位错攀移的速率，从而细化晶粒，达到提高镁合金的强度及成形性能，但是通过添加稀土元素对镁合金成形性能的提高效果不明显，而且稀土属于稀缺资源，储量较少，价格高。

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镁合金成形性能的新方法，从而推动镁合金板材的规模化工程应用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种提高镁合金成形性能的方法，其特征在于，采用高纯镁合金按如下方法来实现，具体工艺步骤包括：

1）均匀化：将高纯镁合金铸锭在热处理炉中进行高温均匀化处理，温度为380-400℃，保温时间为8-14h，空冷至室温；

2）热轧制：轧制前将均匀化处理后的铸锭在300-380℃预热0.5小时，轧制温度为300-380℃，单道次压下量为15-20%，道次间在300-380℃温度下重新加热保温8分钟；

所述高纯镁合金为杂质总量控制在0.0043~0.025 wt.%之间的镁合金。

进一步，所述高纯镁合金杂质含量为：AZ系镁合金杂质总量在0.016~0.025 wt.%之间，其中Fe含量为0.004~0.010 wt.%。

进一步，所述高纯镁合金杂质含量为：ZK系镁合金杂质总量在0.0043~0.0063 wt.%之间，其中Fe含量为0.0013~0.0020 wt.%。

所述高纯镁合金采用镁熔体纯化工艺或选用高纯度的原镁作为熔炼原材料制备而得。

本发明改善合金成形性能的机理在于：降低镁合金中的杂质含量，尤其是Fe、Si杂质，可以有效减少其与Al元素生成化合物，从而增多能够作为形核质点的Al₄C₃化合物的生成，进而细化了铸态晶粒，促进了热轧过程中动态再结晶。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明提高成形性能效果明显：本发明采用高纯镁合金材料，杂质含量低，通过促进动态再结晶细化镁合金的微观组织，改变其晶粒取向，弱化了基面织构，改善了镁合金的各向异性，从而提高镁合金的成形性能。

2.、本发明操作简单：此方法无需加入其他合金元素，也不需要复杂的加工工艺，操作简单，便于在工业中实现。

3、本发明适用面广：本发明可适用于多种牌号商用镁合金体系，如ZK 系、AZ 系、ZM 系、AM 系等。

附图说明

图1为普通AZ31镁合金轧制板材与轧制方向分别成0°、45°、90°的拉伸曲线；

图2为实施例1的AZ31镁合金轧制板材与轧制方向分别成0°、45°、90°的拉伸曲线；

图3为实施例2的AZ31镁合金轧制板材与轧制方向分别成0°、45°、90°的拉伸曲线。

具体实施方式

下面参照附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

需要说明的是，这些实施例仅用于说明本发明，而不是对本发明的限制，在本发明的构思前提下本方法的简单改进，都属于本发明要求保护的范围。

实施例1：一种提高镁合金成形性能的方法，该方法包括以下步骤：

1) 采用高纯度AZ31镁合金作为原材料，Fe元素含量为0.0103wt.%，杂质元素总含量为0.025wt.%；

2)均匀化处理：在热处理炉中进行镁合金铸锭的均匀化处理，温度400℃，时间14h，空冷至室温；

3) 热轧制变形：在300℃下保温半小时进行热轧，单道次压下量为20%，边裂起始变形量为40%，较普通AZ31镁合金，边裂起始变形量提升了47%（如表1所示），成形性能得到明显提高；

4) 在压下量为50%的AZ31轧制板材上选取与轧制方向成0°、45°90°的拉伸样品，进行室温拉伸实验，图2为实施例1镁合金轧制板材的轧制方向（RD）、横向（TD）、45°方向的拉伸曲线。计算AZ31轧制板材的各向异性指数。计算公式为：

Figure 2013105688009100002DEST_PATH_IMAGE001

其中，r为不同方向上的各向厚性指数，Δr为材料的各向异性指数。Δr的绝对值越大，材料产生制耳的倾向就越明显，对材料的成形性能非常不利。经过计算，当总杂质含量降低至0.025wt.%，Fe元素含量降低至0.0103wt.%时，实施例1的各向异性指数为-0.0949，相较于普通AZ31镁合金各向异性有较好改善，从而成形性能得到提高。

实施例2：一种提高镁合金成形性能的方法，本实施例中，均匀化处理工艺、热轧工艺、各向异性指数计算方法等与实施例1相同，不同之处在于，高纯AZ31镁合金的Fe元素含量仅有0.0049wt.%，杂质元素总含量仅为0.0163wt.%。

实施例2的边裂起始变形量为58%，较普通AZ31镁合金，边裂起始变形量提升了71%（如表1所示），成形性能得到明显提高。

同实施例1中的方法，计算AZ31轧制板材的各向异性指数。图3为实施例2镁合金轧制板材的轧制方向（RD）、横向（TD）、45°方向的拉伸曲线计算可得实施例2的各向异性指数为0.0523，相较于普通AZ31镁合金各向异性有明显改善，从而成形性能得到明显提高。

表1. 不同杂质元素含量AZ31镁合金镁合金成形性能比较

实施例3：一种提高镁合金成形性能的方法，包括如下步骤：

1) 采用高纯度ZK60镁合金作为原材料，Fe元素含量为0.0020wt.%，杂质元素总含量为0.0063wt.%。

2)均匀化处理：在热处理炉中进行镁合金铸锭的均匀化处理，温度420℃，时间8h，保温后空冷至室温。

3) 热轧制变形：将均匀化后的ZK60镁合金材料在380℃下保温半小时进行热轧，单道次压下量为15%，边裂起始变形量为82%，较普通ZK60镁合金，边裂起始变形量提升了26%（如表2所示），成形性能得到明显提高。

实施例4：一种提高镁合金成形性能的方法，其中均匀化处理工艺、热轧工艺等与实施例3相同，不同之处在于，高纯度ZK60镁合金的Fe元素含量仅0.0013wt.%，杂质元素总含量仅为0.0043wt.%。进行轧制后发现，较普通ZK60镁合金，边裂起始变形量提升了35%（如表2所示），成形性能得到明显提高。

表2. 不同杂质元素含量ZK60镁合金成形性能比较

通过上述实施例可知，高纯镁合金通过本发明所述的提高镁合金成形性能的方法，可显著地改善其成形性能。经本发明所述的方法处理后的镁合金应用范围广泛，可满足航空航天、汽车、国防军工、3C等领域对高品质轻量化材料的实际需求。本发明所用工艺设备为常规通用设备，成本较低，易于操作。

需要说明的是，本发明所涉及的高纯度镁合金材料，可以通过各种镁熔体纯化工艺技术或选用高纯度的原镁作为熔炼原材料等方法制备而得。

本发明通过动态再结晶能够有效弱化的基面织构，降低材料的各向异性，推迟板材边裂，使镁合金的成形性能得以显著改善。由于篇幅的原因，本发明仅以典型的AZ31和ZK60镁合金为实施对象，但并不排除本发明方法对其他类型的镁合金具有等同的效果。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明在形式和细节上的各种改变，并不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims

1.一种提高镁合金成形性能的方法，其特征在于，采用高纯镁合金按如下方法来实现，具体工艺步骤包括：

2.根据权利要求1所述的提高镁合金成形性能的方法，其特征在于：所述高纯镁合金杂质含量为：AZ系镁合金杂质总量在0.016~0.025 wt.%之间，其中Fe含量为0.004~0.010 wt.%。

3.根据权利要求2所述的提高镁合金成形性能的方法，其特征在于：所述高纯镁合金杂质含量为： AZ系镁合金杂质总量在0.016 wt.%之间，其中Fe含量为0.0049 wt.%。

4.根据权利要求1所述的提高镁合金成形性能的方法，其特征在于：所述高纯镁合金杂质含量为：ZK系镁合金杂质总量在0.0043~0.0063 wt.%之间，其中Fe含量为0.0013~0.0020 wt.%。

5.根据权利要求4所述的提高镁合金成形性能的方法，其特征在于：所述高纯镁合金杂质含量为：ZK系镁合金杂质总量在0.0043wt.%之间，其中Fe含量为0.0013 wt.%。

6.根据权利要求1所述的提高镁合金成形性能的方法，其特征在于：所述高纯镁合金采用镁熔体纯化工艺或选用高纯度的原镁作为熔炼原材料制备而得。