CN103898424A

CN103898424A - 一种镁合金晶粒细化方法

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Publication number: CN103898424A
Application number: CN201410118602.7A
Authority: CN
Inventors: 张华�; 樊建锋; 许并社; 董洪标
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2014-03-27
Filing date: 2014-03-27
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2034-03-27
Also published as: CN103898424B

Abstract

一种镁合金晶粒细化方法，属于有色金属塑性加工技术领域,它是通过预置孪晶、低温退火、低温热变形工艺，使镁合金在低温热变形过程中易发生孪生动态再结晶，孪晶与孪晶的相互作用以及孪晶与运动位错间的相互反应促进新晶粒的形核；预置孪晶为动态再结晶提供优先形核的点，优先形核的点包括孪晶界、孪晶与孪晶交界处、孪晶与晶界交界处，从而加速动态再结晶进程，实现晶粒细化。本发明的生产设备简单、成本低且易于实现，可以进行规模化生产。

Description

一种镁合金晶粒细化方法

技术领域

本发明涉及一种镁合金晶粒细化方法，具体涉及的是一种通过“预置孪晶-低温热变形”法细化镁合金晶粒的制备方法。属于有色金属塑性加工技术领域。

背景技术

镁合金是目前工业应用中最轻的金属结构材料，具有比强度和比刚度高、阻尼减震性能好、弹性模量大、导热性好、易切削加工以及易回收等优点，所以被广泛应用于航空航天、汽车、机电与电子产品等领域。然而，镁合金为密排六方晶体结构，室温下独立滑移系少，其塑性变形仅限于基面{0001}<11-20>滑移及锥面{10-12}<10-11>孪生。而且常规轧制或挤压镁合金具有较强的基面织构，这种织构会导致较大的塑性各向异性，从而影响其塑性变形能力。可见，镁合金室温塑性差，这在一定程度上限制了其广泛应用。因此，调控组织（合金化、晶粒细化、调控织构等）来提高镁合金的塑性变形能力受到广泛关注。

晶粒细化是一种提高镁合金材料综合性能的有效方法，通过晶粒细化既可以提高镁合金材料的强度，同时又可以提高其塑性，晶粒细化是进行镁合金组织调控的重要理论依据之一。晶粒细化的方法有粉末冶金﹑快速凝固﹑剧烈塑性变形(SPD)等，虽然这些方法已被证明是有效的，但其中的很多方法由于受生产成本与自身工艺的限制，不适于规模化运用。例如粉末冶金﹑快速凝固等晶粒细化方法工艺复杂而且不可避免地会引入杂质或缺陷，另外常见的剧烈塑性变形法工艺也较为复杂且对成形设备要求较高、成形模具昂贵。

发明内容

本发明提出一种镁合金晶粒细化方法，本发明通过“预置孪晶-低温热变形”法细化镁合金晶粒的制备方法，在低温热变形过程中利用预置孪晶诱发动态再结晶而加速动态再结晶进程以实现晶粒细化，采用本发明方法可以制备出晶粒尺寸细小、强韧性好的镁合金材料,且成本低。

一种镁合金晶粒细化方法，包括下列工艺步骤：

1、预置孪晶

即对镁合金板进行预变性，通过预变形在镁合金中预置孪晶，预变形温度为 20℃至 225℃，预变形方法包括预锻造、预压缩、预挤压与预轧制。

2、低温退火

通过低温退火消除位错影响且保留孪晶组织，低温退火温度为180℃至250℃，退火时间为4h至12h。

3、低温热变形

进行低温热变形，在低温热变形过程中利用预置孪晶加速动态再结晶进程以实现晶粒细化，低温热变形温度为150℃至250℃，应变速率为10^-1s^-1至10^-4s^-1，变形量为20%至80%，热变形方法包括锻造、压缩、挤压与轧制。

本发明方法的机理简述如下：

镁合金在低温热变形过程中易发生孪生动态再结晶，孪晶与孪晶的相互作用以及孪晶与运动位错间的相互反应促进新晶粒的形核。预置孪晶为动态再结晶提供优先形核的点，包括孪晶界、孪晶与孪晶交界处、孪晶与晶界交界处，如此以来便会加速动态再结晶进程。基于此，本发明通过预变形在镁合金中预置孪晶，随后进行低温退火以消除位错影响而保留孪晶组织，在随后低温热变形过程中利用预置孪晶诱发动态再结晶而加速动态再结晶进程以实现晶粒细化，提出了一种通过“预置孪晶-低温热变形”法细化镁合金晶粒的制备方法。

本发明的生产设备简单、成本低且易于实现，可以进行规模化生产。

附图说明

图1为本发明实施例1中原始镁合金板材与预轧并退火预置孪晶板材的EBSD图，其中a是原始镁合金板材；b是预轧并退火预置孪晶板材。

图2为本发明实施例1中原始板材与预置孪晶板材在200℃下经65%压缩变形的EBSD图；其中a是经65%压缩变形的原始板材；b是经65%压缩变形的预置孪晶板材。

图3为本发明实施例2中原始板材与预置孪晶板材在200℃下经25%轧制变形的EBSD图，其中a是经25%轧制变形的原始板材；b是经25%轧制变形的预置孪晶板材。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明

实施例1

在室温下通过预轧制在AZ31镁合金板坯中预置孪晶，预轧变形量为5%，随后在200℃温度下退火6h。附图1为原始镁合金板与预轧并退火预置孪晶板的EBSD图，可以看出，预轧后镁合金板材中产生了大量孪晶，经低温退火6h后孪晶组织仍保留完好。通过EBSD技术判定这些孪晶主要是{10-12}拉伸孪晶，且每个晶粒内的孪晶片层几乎平行，拉伸孪晶含量为59%。然后在200℃下对原始板材与预置孪晶板材进行压缩变形，压缩变形量为65%，应变速率为10^-3s^-1。附图2为原始板材与预置孪晶板材在200℃下经65%压缩变形的EBSD图，可以看出，经热压缩变形后，原始板材组织不均匀，细小的动态再结晶晶粒周围分布着一些粗大晶粒，而预置孪晶诱发的动态再结晶明显细化了镁合金的晶粒组织，且组织均匀细小，相对于原始板材，经热压缩后预置孪晶板材的晶粒尺寸可细化至1.6μm。

实施例2

在室温下通过预压缩在AZ31镁合金板坯中预置孪晶，预压缩变形量为6%，随后在180℃温度下退火8h。然后在200℃下对原始板材与预置孪晶板材进行轧制变形，压缩变形量为25%，应变速率为10^-1s^-1。附图3为原始板材与预置孪晶板材在200℃下经25%轧制变形的EBSD图，可以看出，经热轧变形后，原始板材组织不均匀，粗大晶粒与细小动态再结晶晶粒相间分布，而预置孪晶诱发的动态再结晶明显细化了镁合金的晶粒组织，且组织均匀细小，相对于原始板材，经热轧后预置孪晶板材的晶粒尺寸可细化至4.1μm。

实施例3

在室温下通过预轧在AZ31镁合金板坯中预置孪晶，预轧变形量为8%，随后在200℃温度下退火10h。然后在200℃下对原始板材与预置孪晶板材进行挤压变形，挤压变形量为80%，应变速率为10^-3s^-1。经热挤压变形后，原始板材组织不均匀，粗大晶粒与细小动态再结晶晶粒相间分布，而预置孪晶诱发的动态再结晶明显细化了镁合金的晶粒组织，且组织均匀细小，相对于原始板材，经热挤压后预置孪晶板材的晶粒尺寸可细化至2.8μm。

本发明通过预变形在镁合金中预置孪晶，随后进行低温退火以消除位错影响而保留孪晶组织，在随后低温热变形过程中利用预置孪晶诱发动态再结晶而加速动态再结晶进程以实现晶粒细化。从上述实施例可以看出，本发明提出的“预置孪晶-低温热变形”法有效细化了镁合金板的晶粒组织。

Claims

1.一种镁合金晶粒细化方法，其特征是通过预置孪晶、低温退火、低温热变形工艺，使镁合金在低温热变形过程中易发生孪生动态再结晶，孪晶与孪晶的相互作用以及孪晶与运动位错间的相互反应促进新晶粒的形核；预置孪晶为动态再结晶提供优先形核的点，优先形核的点包括孪晶界、孪晶与孪晶交界处、孪晶与晶界交界处，从而加速动态再结晶进程，实现晶粒细化。

2.根据权利要求1所述的一种镁合金晶粒细化方法，其特征是所述预置孪晶是对镁合金板进行预变性，通过预变形在镁合金中预置孪晶，预变形温度为 20℃至 225℃。

3.根据权利要求2所述的一种镁合金晶粒细化方法，其特征是所述预变形方法包括预锻造、预压缩、预挤压与预轧制。

4.根据权利要求1所述的一种镁合金晶粒细化方法，其特征是所述低温退火是通过低温退火消除位错影响且保留孪晶组织，低温退火温度为180℃至250℃，低温退火时间为4h至12h。

5.根据权利要求1所述的一种镁合金晶粒细化方法，其特征是所述低温热变形是利用预置孪晶加速动态再结晶进程以实现晶粒细化，低温热变形温度为150℃至250℃，应变速率为10^-1s^-1至10^-4s^-1，变形量为20%至80%。

6.根据权利要求5所述的一种镁合金晶粒细化方法，其特征是所述低温热变形包括锻造、压缩、挤压与轧制工艺。