CN105463354A

CN105463354A - 利用预拉伸和低温退火工艺提高镁合金板材强度的方法

Info

Publication number: CN105463354A
Application number: CN201610042964.1A
Authority: CN
Inventors: 信运昌; 郭飞龙; 黄光杰; 刘庆
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2016-01-22
Filing date: 2016-01-22
Publication date: 2016-04-06

Abstract

本发明公开了利用预拉伸和低温退火工艺提高镁合金板材强度的方法：先将镁合金板材在一定温度下沿TD或RD方向预拉伸5-20%，再进行适当的退火处理；退火后的试样可沿此方向再次预拉伸，并进行退火处理，预拉伸、退火处理过程可循环数次。通过沿TD或者RD方向预拉伸激活柱面滑移产生柱面择优，进而影响滑移系的Schmid因子提高屈服强度，同时退火过程中会产生位错的重新排列，形成位错墙，阻碍位错运动，进而进一步提高屈服强度；由于柱面择优并不会减少可启动的柱面独立滑移系数量，因而塑性也不会明显降低。本发明不仅能有效提高镁合金的屈服强度且保证塑性基本不变，设备简单，生产周期更短，大量降低生产成本，易于工业化生产。

Description

利用预拉伸和低温退火工艺提高镁合金板材强度的方法

技术领域

本发明涉及镁合金板材屈服强度的提高，具体涉及一种利用预拉伸和低温退火工艺提高镁合金板材强度的方法，属于镁合金加工技术领域。

背景技术

镁合金是最轻的结构金属材料,具有密度低、比强度和比刚度高、阻尼减震性好、电磁屏蔽效果佳、抗辐射能力强，易切削加工，易回收等一系列优点，因而在汽车、电器、交通、航空等领域有着广阔的应用前景。同时大多数3C（电脑、通讯与消费性电子产品）设备、汽车零组件、手工具、运输工具等产业，也是镁合金技术应用的主要市场。这使其在结构性与加工组件的应用与需求上大幅上涨。但镁合金的强度、塑性总的来说均低于铝合金。所以，如何提高镁合金在室温和高温下的强度是镁合金研究中要解决的首要问题。目前国内外在镁合金的强化方面进行了大量的研究，并取得了积极的成果，已应用于镁合金的强化处理方法主要有细晶强化和稀土强化。

细晶强化主要是通过细化镁合金晶粒达到提高镁合金强度的目的。目前比较常用的细晶强化方法有：变质细晶强化（氯化铁法、加碳变质法、加锆变质处理、加Sr、Ca、Ti晶粒细化）以及变形细晶强化（等径角挤压法、大挤压比热挤压、快速冷凝技术）。前一类方法都是针对特定的镁合金系，且对冶金质量要求较高；后一类方法又对设备要求很高，尤其是等径角挤压技术还处在实验室研究阶段，因此都不适合大规模的生产。稀土元素虽然可以显著细化镁合金组织,提高其高温强度和抗高温蠕变性能，但此方法易受到冶金质量以及稀土元素高成本的限制，不适用于大规模批量生产。仅在航空航天及重要零部件使用。

因此，找到一种设备简单，成本低廉，生产周期短，强化效果好的镁合金加工工艺成为实现镁合金规模化应用的重点。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种利用预拉伸和低温退火工艺提高镁合金板材强度的方法，该方法不仅能有效提高镁合金的屈服强度并保证塑性基本不变，还具有使用设备简单、生产周期更短、成本低、易于工业化生产等优点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

利用预拉伸和低温退火工艺提高镁合金板材强度的方法，包括如下步骤：

1）预拉伸：将镁合金板材在室温-200℃下，沿TD或RD方向预拉伸，拉伸量5-20%；

2）退火：将步骤1）中预拉伸后的镁合金板材在100-200℃下退火3-12小时，然后在空气中冷却至室温。

进一步，在步骤2）中，退火的温度为150-200℃，时间为5-8小时。更进一步，所述的退火的温度为175℃，时间为6小时。

进一步，还包括步骤3）：重复步骤1）-2）N次，N是大于零的自然数。更进一步，N为1、2、3或4。

与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明通过预拉伸和低温退火显著提高镁合金板材的屈服强度，同时保证塑性基本不变，即通过沿TD或者RD方向预拉伸激活柱面滑移产生柱面择优，柱面择优进而影响Schmid因子提高镁合金的屈服强度，同时退火过程中会产生位错的重新排列，形成位错墙，阻碍位错运动，进而进一步提高屈服强度；在强度提高的同时，柱面择优并不会减少可启动的柱面独立滑移系数量，因而塑性也不会明显降低。因此相比其他强化方法，本发明操作简单，生产周期短，显著降低生产成本，易于工业化生产，同时保证塑性基本不变。

附图说明

图1为本发明的预拉伸方向示意图；

图2为本发明实施例一至六的织构对比图；

图3为本发明实施例一至三的真应力应变曲线图；

图4为本发明实施例四至六的真应力应变曲线图；

图5为本发明循环加载N次实例七的真应力应变曲线图。

附图中：RD-轧板轧制方向；TD-轧板横向方向；Initial-未经处理的2.7mm商用AZ31热轧板；RT-6%-实例一中预拉伸的样品；RT-6%A-实例一中经退火处理的样品；150-6%-实例二中预拉伸的样品；150-6%A-实例二中经退火处理的样品；200-6%-实例三中预拉伸的样品；200-6%A--实例三中经退火处理的样品；RT-12%-实例四中预拉伸的样品；RT-12%A-实例四中经退火处理的样品；150-12%-实例五中预拉伸的样品；150-12%A-实例五中经退火处理的样品；200-12%-实例六中预拉伸的样品；200-12%A--实例六中经退火处理的样品；P2-实例七中循环加载2次的样品，P3-实例七中循环加载3次的样品，P4-实例七中循环加载4次的样品。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

利用预拉伸和低温退火工艺提高镁合金板材强度的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）预拉伸：将镁合金板材在室温-200℃下，沿TD或RD方向预拉伸，拉伸量5-20%。如图1所示，所述的RD方向是指镁合金板材轧制时的轧板轧制方向，所述的TD方向是指镁合金板材轧制时的轧板横向方向。所述镁合金板材在室温-200℃预拉伸，且沿TD或RD方向，其结果是<10-10>轴平行于预拉伸方向，使之产生柱面择优，其中的柱面择优是指密排六方的柱面由随机分布状态转变成有规律的分布状态，如图2所示（10-10）极点均沿极图圆周呈60°均匀分布。

2）退火：将步骤1）中预拉伸后的镁合金板材在100-200℃下退火3-12小时，然后在空气中冷却至室温，需要注意的是保证退火过程中不发生再结晶。

步骤2）的结果是在保留柱面择优的同时，使在退火过程中未消除的位错产生重新排列，形成位错墙，阻碍位错运动，且不减少柱面<a>滑移独立滑移系的数量（2条），从而在保证强度显著提高的同时塑性保持基本不变。

作为优化，在步骤2）中，退火的温度为150-200℃，时间为5-8小时。更优化的选择是退火的温度为175℃，时间为6小时。

作为优化，还包括步骤3）：重复步骤1）-2）N次，N是大于零的自然数。从经济性和实际效果考虑，最优化的选择是N取1、2、3或4。

步骤3）的结果是在步骤1）步骤2）强化的基础上进一步提高镁合金板材的屈服强度。

本发明发现，通过沿TD或者RD方向预拉伸启动柱面<a>滑移使<10-10>轴转动到平行于预拉伸方向，产生柱面择优，从而通过柱面择优影响滑移系的Schmid因子提高镁合金的屈服强度，同时退火过程中会产生位错的重新排列，形成位错墙，阻碍位错运动，进而进一步提高屈服强度；在强度提高的同时，柱面择优并不会减少可启动的柱面独立滑移系的数量，因而塑性也不会明显降低。其中柱面滑移指伯氏矢量为a/3<11-20>的单位位错滑移，其中滑移面为{1-100}柱面，滑移方向为<11-20>晶向。因此相比于以往强化方法，预拉伸+低温退火，不仅能有效提高镁合金的屈服强度且保证塑性基本不变，另外其设备更简单，生产周期更短，大量降低生产成本，易于工业化生产。

以下实施例证明了本方法对镁合板材的屈服强度有明显提高：

实施例一：

将2.7mm商用AZ31热轧板在室温下沿TD方向预拉伸6%，使<10-10>轴平行于预拉伸方向，产生柱面择优。然后在175℃退火6小时空冷，其织构如图2所示，退火并没有使柱面择优消失，同时低温退火使位错重新排列，形成位错墙，且保证晶粒不发生再结晶。最后再做拉伸试验直至断裂，记录拉伸数据。结果显示屈服强度由157MPa提高到190MPa，如图3所示，同时塑性基本不变。

其中：2.7mm商用AZ31热轧板、经预拉伸后的AZ31热轧板、经退火处理后的AZ31热轧板的织构如图2所示。

实施例二：

将2.7mm商用AZ31热轧板在150℃沿TD方向预拉伸6%，使<10-10>轴平行于预拉伸方向，产生柱面择优。然后在175℃退火6小时空冷，其织构如图2所示，退火并没有使柱面择优消失，同时低温退火使位错重新排列，形成位错墙，且保证晶粒不发生再结晶。最后再做拉伸试验直至断裂，记录拉伸数据。结果显示屈服强度由157MPa提高到189MPa，如图3所示，同时塑性基本不变。

实施例三：

将2.7mm商用AZ31热轧板在200℃沿TD方向预拉伸6%，使<10-10>轴平行于预拉伸方向，产生柱面择优。然后在175℃退火6小时空冷，其织构如图2所示，退火并没有使柱面择优消失，同时低温退火使位错重新排列，形成位错墙，且保证晶粒不发生再结晶。最后再做拉伸试验直至断裂，记录拉伸数据。结果显示屈服强度由157MPa提高到179MPa，如图3所示，同时塑性基本不变。

实施例四：

将2.7mm商用AZ31热轧板在室温下沿TD方向预拉伸12%，使<10-10>轴平行于预拉伸方向，产生柱面择优。然后在175℃退火6小时空冷，其织构如图2所示，退火并没有使柱面择优消失，同时低温退火使位错重新排列，形成位错墙，且保证晶粒不发生再结晶。最后再做拉伸试验直至断裂，记录拉伸数据。结果显示屈服强度由157MPa提高到226MPa，如图4所示，同时塑性基本不变。

实施例五：

将2.7mm商用AZ31热轧板在150℃下沿TD方向预拉伸12%，使<10-10>轴平行于预拉伸方向，产生柱面择优。然后在175℃退火6小时空冷，其织构如图2所示，退火并没有使柱面择优消失，同时低温退火使位错重新排列，形成位错墙，且保证晶粒不发生再结晶。最后再做拉伸试验直至断裂，记录拉伸数据。结果显示屈服强度由157MPa提高到217MPa，如图4所示，同时塑性基本不变。

实施例六：

将2.7mm商用AZ31热轧板在200℃下沿TD方向预拉伸12%，使<10-10>轴平行于预拉伸方向，产生柱面择优。然后在175℃退火6小时空冷，其织构如图2所示，退火并没有使柱面择优消失，同时低温退火使位错重新排列，形成位错墙，且保证晶粒不发生再结晶。最后再做拉伸试验直至断裂，记录拉伸数据。结果显示屈服强度由157MPa提高到210MPa，如图4所示，同时塑性基本不变。

实施例七：

将2.7mm商用AZ31热轧板在150℃下沿TD方向分别循环加载2次3次4次（其中预变形量为7%，退火为175℃退火6小时空冷），使<10-10>轴平行于预拉伸方向，产生柱面择优，低温退火使位错重新排列，形成位错墙，且保证晶粒不发生再结晶。最后再做拉伸试验直至断裂，记录拉伸数据。结果显示屈服强度分别达到212MPa，235MPa，249MPa，如图5所示。

本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims

1.利用预拉伸和低温退火工艺提高镁合金板材强度的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的利用预拉伸和低温退火工艺提高镁合金板材强度的方法，其特征在于，在步骤2）中，退火的温度为150-200℃，时间为5-8小时。

3.根据权利要求2所述的利用预拉伸和低温退火工艺提高镁合金板材强度的方法，其特征在于，所述的退火的温度为175℃，时间为6小时。

4.根据权利要求1所述的利用预拉伸和低温退火工艺提高镁合金板材强度的方法，其特征在于，还包括步骤3）：重复步骤1）-2）N次，N是大于零的自然数。

5.根据权利要求4所述的利用预拉伸和低温退火工艺提高镁合金板材强度的方法，其特征在于，N为1、2、3或4。