CN105032962A - 一种改善镁合金板材性能的挤压加工方法 - Google Patents

一种改善镁合金板材性能的挤压加工方法 Download PDF

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Abstract

该发明通过在挤压模具工作带处引入对板材侧向预变形的方法，在镁合金板材热挤压过程中，垂直于板材厚度方向施加变形，使镁合金在挤压过程动态再结晶时晶粒发生偏转，弱化基面织构，从而改善了挤压板材室温成形能力和厚板的各向异性。通过上述方法，得到的镁合金挤压板材的基面织构强度显著降低，并且向旁边偏转发散。同时力学性能得到提高，塑性改善。这种方法不仅适用于厚度为0.8-2mm的镁合金挤压薄板，还适用于厚度为2-10mm的镁合金挤压厚板。

Description

一种改善镁合金板材性能的挤压加工方法
技术领域
本发明涉及有色金属加工领域，特别涉及一种改善镁合金板材性能的挤压加工方法。
背景技术
镁合金是以镁为基础加入其他元素组成的合金。主要合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。目前使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌锆合金，主要用于航空、航天、运输、化工、火箭等工业部门。镁合金具有低密度、高比强度和比刚度且易于回收等优点。变形镁合金具有均匀细小的组织结构和更好的强韧性，目前普遍采用塑形加工的方法提高镁合金的力学性能。
热挤压成形是生产镁合金板材一种较简单的塑性加工方法，生产流程较短，容易获得板材，生产效率高，灵活性大，得到形状和尺寸规格不同的镁合金产品。目前，镁合金挤压板材大多采用对称正向挤压成形，由于镁合金为密排六方晶系，其基面是最密排面，导致镁合金在挤压变形过程中基面平行于板材表面，形成较强的强基面织构。具有较强基面织构的镁合金板材，其塑性加工和成形性能较差，不能够冲压或塑性加工成复杂镁合金型材。另外，对于厚度大于3mm的镁合金板材，普通加工使其板材具有较强的各向异性且强度偏低，并且大部分工艺只是使厚板表面织构弱化，厚板本身还是各向异性较强，影响镁合金板材的进一步应用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种改善镁合金板材性能的挤压加工方法。为此，本发明通过在挤压模具工作带处引入对板材侧向预变形的方法，该方法在镁合金板材挤压过程中，垂直于板材厚度方向施加小量变形，使镁合金在挤压过程动态再结晶时晶粒发生偏转，弱化基面织构，从而改善挤压板材室温成形能力和厚板的各向异性。通过该方法挤压镁合金板材得到的镁合金板材，基面织构强度降低，并且向旁边偏转发散。同时力学性能得到提高，强度提高，塑性改善。这种方法不仅适用于厚度小于2mm的镁合金挤压薄板，还适用于厚度为2-10mm的镁合金挤压厚板。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
A.将镁合金铸锭加热保温，进行均匀化处理；
B.将步骤A获得的镁合金铸锭进行热挤压，在镁合金板材热挤压过程中，垂直于板材厚度方向施加变形，通过引进侧向变形，调控板材侧向宽度变形率αk、侧向长度变形率αL和θ三个参数，其中αk为开始板材宽度L0和最终板材宽度L的差值与L的比值，αL为宽度为L0的板材工作带距离L1和宽度为L的板材工作带距离L2的差值的绝对值与L1的比值，θ为宽度为L0的板材和宽度为L的板材工作带连接处的角度，1％≤αk≤10％，0≤αL≤0.2％，90°≤θ<180°。在镁合金板材挤压过程中，垂直于板材厚度方向施加变形，使镁合金在挤压过程动态再结晶时晶粒发生偏转，弱化基面织构，从而能够改善挤压板材室温成形能力和厚板的各向异性。
进一步，所述所述B步骤中αk＝3％，αL＝0，θ＝135°。
进一步，所述所述A步骤中加热温度为400-430℃，加热保温时间为2.5-4h。
进一步，所述B步骤中热挤压温度为350-430℃。
进一步，所述B步骤中镁合金板材的挤压比范围为20％-200％。
进一步，所述A步骤中镁合金板材的厚度为0.8-10mm。
进一步，所述A步骤中镁合金板材的厚度为0.8-2mm。所述热挤压方式不仅适用于厚度为0.8-2mm的镁合金薄板，还适用于厚度为2-10mm的镁合金厚板。并且，对于厚度大于2mm的挤压镁合金板材的基面织构也得到了很大弱化。
进一步，所述B步骤中挤压镁合金板材的过程中，挤压速度为10-40mm/s。本发明的另一个目的在于保护依据上述方法制得的镁合金板材。
本发明的有益技术效果是：
该发明通过在挤压模具工作带处引入对板材侧向预变形的方法，在镁合金板材热挤压过程中，垂直于板材厚度方向施加变形，使镁合金在挤压过程动态再结晶时晶粒发生偏转，弱化基面织构，从而改善了挤压板材室温成形能力和厚板的各向异性。通过上述方法，得到的镁合金的基面织构强度显著降低，并且向旁边偏转发散。同时力学性能得到提高，塑性改善。这种方法不仅适用于厚度为0.8-2mm的镁合金挤压薄板，还适用于厚度为2-10mm的镁合金挤压厚板。
附图说明
图1为镁合金挤压模具工作带出口处示意图。其中L0开始成形板材宽度，L为通过缩短板材宽度引入侧向变形后板材最终宽度。L1为宽度为L0的板材工作带距离，L2为宽度为L的板材工作带距离。θ为宽度为L0的板材和宽度为L的板材工作带连接处的角度。图2为实施例2得到的挤压板材I和基面织构，图3为实施例2得到的挤压板材II的基面织构。图4为实施例2得到的挤压板材I和挤压板材II的应力-应变曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明的实施例进行详细的描述。
实施例1一种改善镁合金板材塑性的方法，包括以下步骤：
A.将质量组成为3.07％Al、0.78％Zn、0.38％Mn、95.77％Mg的圆柱形AZ31镁合金铸锭，430℃加热保温2.5h，进行均匀化处理；
B.将A步骤得到的镁合金分别用传统正向挤压模具(对照组)和引入侧向变形挤压模具(实验组)挤压镁合金板材在430℃条件下进行热挤压加工处理。其中，实验组垂直于板材厚度方向施加变形，通过引进侧向变形，调控板材侧向宽度变形率αk、侧向长度变形率αL和θ三个参数，其中αk为开始板材宽度L0和最终板材宽度L的差值与L的比值，αL为宽度为L0的板材工作带距离L1和宽度为L的板材工作带距离L2的差值的绝对值与L1的比值，θ为宽度为L0的板材和宽度为L的板材工作带连接处的角度。αk为1％，αL＝0.2％，θ＝90°。挤压速度为40mm/s，板材厚度为0.8mm。在室温下测定挤压板材基面织构强度和力学性能，测试结果如下表所示。
实施例2一种改善镁合金板材塑性的方法，包括以下步骤：
A.将质量组成为3.07％Al、0.78％Zn、0.38％Mn、95.77％Mg的圆柱形AZ31镁合金铸锭，410℃加热保温3h，进行均匀化处理；
B.将A步骤得到的镁合金分别用传统正向挤压模具(对照组)和引入侧向变形挤压模具(实验组)挤压镁合金板材在350℃条件下进行热挤压加工处理。其中，实验组垂直于板材厚度方向施加变形，通过引进侧向变形，调控板材侧向宽度变形率αk、侧向长度变形率αL和θ三个参数，其中αk为开始板材宽度L0和最终板材宽度L的差值与L的比值，αL为宽度为L0的板材工作带距离L1和宽度为L的板材工作带距离L2的差值的绝对值与L1的比值，θ为宽度为L0的板材和宽度为L的板材工作带连接处的角度。αk＝3％，αL＝0，θ＝135°。挤压速度为20mm/s，板材厚度为3mm。在室温下测定挤压板材基面织构强度和力学性能，如下表所示。
从上述测试结果可知，与对照组相比，实验组的基面最大强度明显降低。实验组制备的镁合金挤压板材的延伸率明显大于对照组，屈服强度小于对照组，由此证明，实验组制备的镁合金挤压板材的塑性明显优于对照组。实验组的抗拉强度大于对照组，由此证明，实验组制备的镁合金板材的强度大于对照组。
图2为实施例2得到的挤压板材I和基面织构，图3为实施例2得到的挤压板材II的基面织构。图4为实施例2得到的挤压板材I和挤压板材II的应力-应变曲线。从图2和图3知，与对照组相比，实验组制备的镁合金挤压板材的基面织构强度显著降低，且向旁边偏转发散。由图4可知，实验组得到的镁合金挤压板材的性能优于对照组，延伸率提高，强度增加。
实施例3一种改善镁合金板材塑性的方法，包括以下步骤：
A.将质量组成为3.07％Al、0.78％Zn、0.38％Mn、95.77％Mg的圆柱形AZ31镁合金铸锭，400℃加热保温4h，进行均匀化处理；
B.将A步骤得到的镁合金分别用传统正向挤压模具(对照组)和引入侧向变形挤压模具(实验组)挤压镁合金板材在430℃条件下进行热挤压加工处理。其中，实验组垂直于板材厚度方向施加变形，通过引进侧向变形，调控板材侧向宽度变形率αk、侧向长度变形率αL和θ三个参数，其中αk为开始板材宽度L0和最终板材宽度L的差值与L的比值，αL为宽度为L0的板材工作带距离L1和宽度为L的板材工作带距离L2的差值的绝对值与L1的比值，θ为宽度为L0的板材和宽度为L的板材工作带连接处的角度。αk＝10％，αL＝0.1％，θ＝175°。挤压速度为10mm/s，板材厚度为10mm。在室温下测定挤压板材基面织构强度和力学性能，测试结果如下表所示。
从上述测试结果可以看出，与对照组相比，实验组制备的镁合金挤压板材的基面织构强度得到了明显降低，并且向旁边偏转发散。与此同时，实验组制得的镁合金挤压板材的应力大于对照组。由此证明，本发明的方法显著弱化了镁合金挤压板材的基面织构强度。同时，改善了镁合金板材的力学性能，提高了其塑性。故本发明的方法在弱化了镁合金基面织构强度的同时，改善了其力学性能，改善了镁合金挤压板材的塑性。
最后说明的是，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，可以对技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种改善镁合金板材性能的挤压加工方法，其特征在于：包含以下步骤：
A.将镁合金铸锭加热保温，进行均匀化处理；
B.将步骤A获得的镁合金铸锭进行热挤压，在镁合金板材热挤压过程中，垂直于板材厚度方向施加变形，通过引进侧向变形，调控板材侧向宽度变形率αk、侧向长度变形率αL和θ三个参数，其中αk为开始板材宽度L0和最终板材宽度L的差值与L的比值，αL为宽度为L0的板材工作带距离L1和宽度为L的板材工作带距离L2的差值的绝对值与L1的比值，θ为宽度为L0的板材和宽度为L的板材工作带连接处的角度，1％≤αk≤10％，0≤αL≤0.2％，90°≤θ<180°。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述B步骤中αk＝3％，αL＝0，θ＝135°。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述A步骤中加热温度为400-430℃，加热保温时间为2.5-4h。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述B步骤中热挤压温度为350-430℃。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述B步骤中镁合金板材的挤压比范围为20％-200％。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述A步骤中镁合金板材的厚度为0.8-10mm。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述A步骤中镁合金板材的厚度为0.8-2mm。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述B步骤中挤压镁合金板材的过程中，挤压速度为10-40mm/s。
9.根据权利要求1-8所述方法制得的镁合金板材。
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