CN104726805B - 一种镁合金板材成形方法 - Google Patents

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    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/06—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of magnesium or alloys based thereon

Abstract

本发明涉及一种镁合金板材成形方法，板材采用特定方向组合变形，可以充分发挥镁合金孪生释放应力集中、改变取向和细化晶粒的作用，使得材料的基面织构减弱，可在变形过程中大大降低变形抗力，省略变形过程中间退火，显著提高镁合金的成形效率，明显降低了镁合金板材的加工成本。采用此工艺制备出的镁合金板材具有均匀纳米尺寸的晶粒组织和优异的力学性能，显著提高镁合金材料的强度和塑性加工能力。

Description

一种镁合金板材成形方法
技术领域
本发明涉及一种镁合金板材成形方法。
背景技术
镁及镁合金具有质轻、导热导电性好、阻尼减震、电磁屏蔽等诸多优点，在交通、通讯、电器和航空航天等领域具有广阔的应用前景。然而，由于镁合金具有的密排六方（HCP）晶体结构的特点，室温下独立滑移系少，导致室温塑性低，变形加工困难，已成为阻碍镁合金材料大规模应用的瓶颈问题。
传统的镁合金锻造方法室温变形能力低，通常需要在中高温下进行变形，并辅以多次的中间退火，导致工艺复杂，成本高，所获得的组织晶粒尺寸在微米级别以上，极大地制约了镁合金材料的生产和应用。对于镁合金的加工工艺，各国在实验研究和实际生产过程中投入了大量的人力物力，因此，发展出一种通过微观组织及织构控制提高镁合金室温塑性变形能力的新方法称为工程应用的当务之急。
发明内容
本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种镁合金板材成形方法。
本发明解决技术问题所采用的方案是，一种镁合金板材成形方法，其特征在于：所述镁合金板材为Mg-3Al-1Zn镁合金；所述镁合金板材成形方法包括以下几个步骤：
（1）按照GB/T5154－2003标准生产加工，半连续铸造后，在350℃--450℃之间进行热轧开坯处理；
（2）在380ºC~420ºC温度区间内退火校平；
（3）设计正八棱柱板材，并设置板材变形方向，设板材的轧制法向为ND，板材的轧向为RD，板材的横向为TD，与板材横向成45°角的方向、为45TD，另一个与板材横向成45°角的方向为45TD’；
（4）加工变形制作正八棱柱板材，设置变形的循环方向为TD-RD-45TD-45TD’-ND，首先沿TD方向变形，使得一部分晶粒发生拉伸孪生转到TD方向；接着沿RD方向变形，使得ND方向和TD方向的晶粒发生拉伸孪生转到RD方向；再沿45TD方向变形，使得ND方向的晶粒发生拉伸孪生转到45TD方向，使得TD和RD方向的晶粒发生压缩孪生，产生压缩孪晶组织，细化晶粒；接着沿45TD’方向变形，使得45TD方向的晶粒发生拉伸孪生；最后沿ND方向变形，使得上述方向上的晶粒都转到ND方向上来，完成一个循环；
（5）重复步骤（4）中的循环10~20次。
进一步的，在步骤（4）中，变形方式为用单向压缩或者单向锻造。
进一步的，在步骤（4）中，变形的应变速率为0.001 ~ 1 s-1。
进一步的，所述镁合金板材成形方法在室温下进行。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明提供的成形方法，板材采用特定方向组合变形，可以充分发挥镁合金孪生释放应力集中、改变取向和细化晶粒的作用，使得材料的基面织构减弱，可在变形过程中大大降低变形抗力，省略变形过程中间退火，显著提高镁合金的成形效率，明显降低了镁合金板材的加工成本。采用此工艺制备出的镁合金板材具有均匀纳米尺寸的晶粒组织和优异的力学性能，显著提高镁合金材料的强度和塑性加工能力。
附图说明
下面结合附图对本发明专利进一步说明。
图1为正八棱柱板材的板材变形方向示意图一；
图2为正八棱柱板材的板材变形方向示意图二。
图中： ND-板材的轧制法向；RD-板材的轧向，TD-板材的横向，45TD-与板材横向成45°角的方向，45TD’-另一个与板材横向成45°角的方向。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1～2所示，一种镁合金板材成形方法，其特征在于：所述镁合金板材为Mg-3Al-1Zn镁合金：Mg元素含量为95.69%（重量百分比），Al元素为2.95%（重量百分比），Zn元素为0.97%，Mn元素为0.28%，Fe元素为0.004%，Ni元素为0.006%，Cu元素为0.02%，Si元素为0.08%。
所述镁合金板材成形方法包括以下几个步骤：
（1）按照GB/T5154－2003标准生产加工，半连续铸造后，在350℃--450℃之间进行热轧开坯处理；
（2）在380ºC~420ºC温度区间内退火校平，此时材料具有较强的基面织构，大部分晶粒取向平行于板材的轧制法向ND；
（3）设计正八棱柱板材，并设置板材变形方向，设板材的轧制法向为ND，板材的轧向为RD，板材的横向为TD，与板材横向成45°角的方向、为45TD，另一个与板材横向成45°角的方向为45TD’；
（4）加工变形制作正八棱柱板材，设置变形的循环方向为TD-RD-45TD-45TD’-ND，首先沿TD方向变形，使得一部分晶粒发生拉伸孪生转到TD方向；接着沿RD方向变形，使得ND方向和TD方向的晶粒发生拉伸孪生转到RD方向；再沿45TD方向变形，使得ND方向的晶粒发生拉伸孪生转到45TD方向，使得TD和RD方向的晶粒发生压缩孪生，产生压缩孪晶组织，细化晶粒；接着沿45TD’方向变形，使得45TD方向的晶粒发生拉伸孪生；最后沿ND方向变形，使得上述方向上的晶粒都转到ND方向上来，完成一个循环；
（5）重复步骤（4）中的循环10~20次。
在本实施中，在步骤（4）中，变形方式为用单向压缩或者单向锻造。
在本实施中，在步骤（4）中，变形的应变速率为0.001 ~ 1 s-1。
在本实施中，所述镁合金板材成形方法在室温下进行。
在本实施中，采用此工艺制备的Mg-3Al-1Zn镁合金材料，晶粒尺寸可细化到纳米尺寸，达到70-200 nm，室温下压缩极限强度可达420Mpa。
下面给出具体实施例：
实施例一：
从热轧板坯取下的正八棱柱的尺寸为：上下表面为正八边形，边长为100mm；厚度也为100mm。在室温下进行多向循环锻造，应变速率0.001 s-1，一个循环方向组合为：TD-RD-45TD-45TD’-ND。首先沿TD方向变形5%；接着沿RD方向变形7%；再沿45TD方向变形5%；接着沿45TD’方向变形6%；最后沿ND方向变形10%。完成一个循环。一个变形组合可累计变形33%。此工艺可循环变形16次，累计变形量为528%。晶粒尺寸可细化到纳米尺寸，达到70-200 nm。
实施例二：
从热轧板坯取下的正八棱柱的尺寸为：上下表面为正八边形，边长为100mm；厚度也为100mm。在室温下进行多向循环锻造，应变速率0.01 s-1，一个循环方向组合为：TD-RD-45TD-45TD’-ND。首先沿TD方向变形7%；接着沿RD方向变形6%；再沿45TD方向变形6%；接着沿45TD’方向变形5%；最后沿ND方向变形7%。完成一个循环。一个变形组合可累计变形31%。此工艺可循环变形15次，累计变形量为495%。晶粒尺寸可细化到纳米尺寸，达到100-250 nm。
实施例三：
从热轧板坯取下的正八棱柱的尺寸为：上下表面为正八边形，边长为100mm；厚度也为100mm。在室温下进行多向循环锻造，应变速率1 s-1，一个循环方向组合为：TD-RD-45TD-45TD’-ND。首先沿TD方向变形5%；接着沿RD方向变形5%；再沿45TD方向变形4%；接着沿45TD’方向变形4%；最后沿ND方向变形5%。完成一个循环。一个变形组合可累计变形23%。此工艺可循环变形13次，累计变形量为299%。晶粒尺寸可细化到纳米尺寸，达到150-400 nm。
上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种镁合金板材成形方法，其特征在于：所述镁合金板材为Mg-3Al-1Zn镁合金；所述镁合金板材成形方法包括以下几个步骤：
(1)按照GB/T5154－2003标准生产加工，半连续铸造后，在350℃--450℃之间进行热轧开坯处理；
(2)在380ºC~420ºC温度区间内退火校平；
(3)设计正八棱柱板材，并设置板材变形方向，设板材的轧制法向为ND，板材的轧向为RD，板材的横向为TD，与板材横向成45°角的方向、为45TD，另一个与板材横向成45°角的方向为45TD’；
(4)加工变形制作正八棱柱板材，设置变形的循环方向为TD-RD-45TD-45TD’-ND，首先沿TD方向变形，使得一部分晶粒发生拉伸孪生转到TD方向；接着沿RD方向变形，使得ND方向和TD方向的晶粒发生拉伸孪生转到RD方向；再沿45TD方向变形，使得ND方向的晶粒发生拉伸孪生转到45TD方向，使得TD和RD方向的晶粒发生压缩孪生，产生压缩孪晶组织，细化晶粒；接着沿45TD’方向变形，使得45TD方向的晶粒发生拉伸孪生；最后沿ND方向变形，使得上述方向上的晶粒都转到ND方向上来，完成一个循环；
(5)重复步骤（4）中的循环10~20次。
2.根据权利1所述的镁合金板材成形方法，其特征在于：在步骤（4）中，变形方式为用单向压缩或者单向锻造。
3.根据权利1所述的镁合金板材成形方法，其特征在于：在步骤（4）中，变形的应变速率为0.001 ~ 1 s-1。
4.根据权利1所述的镁合金板材成形方法，其特征在于：所述镁合金板材成形方法在室温下进行。
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