CN106521381B - 一种大尺寸超高强韧性镁合金薄板制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大尺寸超高强韧性镁合金薄板制备工艺，具体包括如下步骤：先加热镁合金坯料至250~450℃，保温1~3h；然后对镁合金坯料进行等通道转角挤压处理，每挤压1~2道次后回炉退火，共挤压8~12次，得到镁合金棒材；在轧机轧制前，对轧辊进行预热，预热温度为150～450℃，并在轧制过程中对轧辊进行保温处理；将获得的镁合金棒材在250～450℃条件下保温20～60min后，采用多道次小变形量的方法对镁合金棒材进行轧制处理，轧辊速度为0.2～0.5m/s，每道次轧制后回炉退火，轧制过程中交替进行横向与纵向轧制，获得的镁合金薄板；对获得的镁合金薄板进行时效处理，得到镁合金薄板成品。使用本发明的工艺制备的镁合金薄板晶粒均匀、力学性能优异。

Description

一种大尺寸超高强韧性镁合金薄板制备工艺
技术领域
本发明属于金属轧制领域，具体涉及一种大尺寸超高强韧性镁合金薄板制备工艺。
背景技术
镁合金是一种轻质结构材料，具有质量轻、比强度高、比刚度好、易于切削加工、导热导电性能好，并且具备很好的电磁屏蔽性能、阻尼减振性能以及加工成本低等优点，是航空航天、武器装备、汽车、3C产品等元器件的理想选材，使得镁合金板材的轧制工艺研究成为材料加工领域的一个重要课题。镁合金板材轧制工艺通常都会遇到两个问题，其一是镁合金属于密排六方晶体(hcp)结构，其滑移系相对较少，室温下其塑性变形能力差，难以加工成形；其二是虽然在高温下镁合金能够启动新的滑移系，提高其加工成形能力，但是镁合金的易氧化问题又需解决。
镁合金板材可广泛应用于航空航天、武器装备、汽车及电子电器产品等工业领域。等通道转角挤压是将多晶试样压入一个特别设计的模具中以实现大变形量的剪切变形工艺，主要通过变形过程中的近乎纯剪切作用,使材料的晶粒得到细化,从而材料的机械和物理性能得到显著改善。目前，国内工业应用中，所制备的镁合金薄板多采用单一冷轧或热轧方法，其晶粒组织不够细小，力学性能较低，还无法满足航空航天、军事武器装备等领域的性能要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种大尺寸超高强韧镁合金薄板的制备工艺，获得晶粒均匀、力学性能良好的镁合金轧制板材。
本发明的大尺寸超高强韧性镁合金薄板制备工艺，具体包括如下步骤：
(1)先加热镁合金坯料至250～450℃，保温1～3h，获得均匀化处理后的镁合金坯料；
(2)对步骤1得到的镁合金坯料进行等通道转角挤压，挤压温度为250～450℃，模具内等通道转角为30～120°，每挤压1～2道次后回炉退火，共挤压8～12次，得到镁合金棒材；
(3)在轧机轧制前，对轧辊进行预热，预热温度为150～450℃，并在轧制过程中对轧辊进行保温处理；
(4)将步骤2中获得的镁合金棒材在250～450℃条件下保温20～60min后，采用多道次小变形量的方法对镁合金棒材进行轧制处理，轧辊速度为0.2～0.5m/s，每道次轧制后回炉退火，轧制过程中交替进行横向与纵向轧制，获得的镁合金薄板；
(5)对步骤4中获得的镁合金薄板进行时效处理，得到镁合金薄板成品。
进一步地，步骤2中等通道转角挤压的挤压路径为A、BA、BC、C路径中的一种。
进一步地，步骤2中退火工艺为：在350～500℃条件下退火20～60min，
进一步地，步骤4中的轧制道次为10～18次。
进一步地，步骤4中每道次轧制压下量为8～16％。
进一步地，步骤4中回炉退火工艺为：在350～500℃条件下退火20～60min。
进一步地，步骤4中时效工艺为：在150～210℃保温16～54h。
进一步地，步骤4中获得的镁合金薄板的厚度为0.1～10mm。
进一步地，所述镁合金坯料的质量百分比组成为：2.60～3.70％Zn、2.80～3.60％Al、0.30～0.80％Ti和0.10～0.50％Y，其余为Mg及不可去除的杂质元素。
本发明在对镁合金坯料进行等通道转角挤压处理的基础上，进行多道次热轧。等通道转角挤压可以有效的细化晶粒、改善镁合金组织结构。对热轧机上的镁合金板材进行线上加热保温，使镁合金在轧制过程中温度控制在250℃～450℃，从而提高了镁合金在轧制过程中的塑性能力，保证了镁合金板材轧制变形过程中的成形性能；并且通过在开轧前对轧机的轧辊进行预热、轧制过程中对轧辊进行保温处理，可以有效的保证镁合金板材在轧制过程中的温度稳定控制在250℃～450℃，通过本工艺可以解决镁合金铸锭在常温下塑性变形差的难题，制备出大尺寸高强韧镁合金板材。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
选用的镁合金锭坯规格为Ф65mm，长度240mm。
首先，对镁合金坯料进行均匀化处理，加热坯料至400℃保温2h；然后，对均匀化处理后的镁合金坯料进行等通道转角挤压，其中，挤压温度为450℃，模具内等通道转角为90°，挤压路径为Bc路径，每1～2道次挤压后在350℃条件下退火30min，挤压8道次后，获得规格为Ф20mm、长度为420mm的镁合金棒材；加热轧辊至350℃；将镁合金棒材加热至450℃保温30min后，进行轧制，轧制过程对轧辊进保温，轧制速度控制在0.35m/s，每道次轧制压下量为8％～16％，每道次后在400℃条件下退火20min，循环，经过16道次轧制，最终获得厚度为1mm、变形量为95％的镁合金薄板；最后，对镁合金薄板进行时效处理，时效工艺为200℃保温36h，获得镁合金薄板成品。
根据GB/T228-2002，对镁合金薄板成品进行室温力学性能测试，具体结果见表1。
实施例2
选用的镁合金锭坯规格为Ф86mm，长度280mm。
首先，对镁合金坯料进行均匀化处理，加热坯料至350℃保温3h；然后，对均匀化处理后的镁合金坯料进行等通道转角挤压，其中，挤压温度为450℃，模具内等通道转角为60°，挤压路径为A路径，每1～2道次挤压后在400℃条件下退火20min，挤压8道次后，获得规格为Ф60mm、长度为450mm的镁合金棒材；加热轧辊至400℃；将镁合金棒材加热至400℃保温40min后，进行轧制，轧制过程对轧辊进保温，轧制速度控制在0.3m/s，每道次轧制压下量为8％～16％，每道次后在370℃条件下退火30min，循环，经过12道次轧制，最终获得厚度为6mm、变形量为90％的镁合金薄板；最后，对镁合金薄板进行时效处理，时效工艺为170℃保温54h，获得镁合金薄板成品。
根据GB/T228-2002，对镁合金薄板成品进行室温力学性能测试，具体结果见表1。
实施例3
选用的镁合金锭坯规格为Ф71mm，长度205mm。
首先，对镁合金坯料进行均匀化处理，加热坯料至450℃保温2h；然后，对均匀化处理后的镁合金坯料进行等通道转角挤压，其中，挤压温度为370℃，模具内等通道转角为30°，挤压路径为BC路径，每1～2道次挤压后在400℃条件下退火30min，挤压8道次后，获得规格为Ф40mm、长度为480mm的镁合金棒材；加热轧辊至450℃；将镁合金棒材加热至450℃保温60min后，进行轧制，轧制过程对轧辊进保温，轧制速度控制在0.4m/s，每道次轧制压下量为8％～16％，每道次后在370℃条件下退火40min，循环，经过12道次轧制，最终获得厚度为3mm、变形量为92.5％的镁合金薄板；最后，对镁合金薄板进行时效处理，时效工艺为190℃保温48h，获得镁合金薄板成品。
根据GB/T228-2002，对镁合金薄板成品进行室温力学性能测试，具体结果见表1。
实施例4
选用的镁合金锭坯规格为Ф68mm，长度255mm。
首先，对镁合金坯料进行均匀化处理，加热坯料至450℃保温2h；然后，对均匀化处理后的镁合金坯料进行等通道转角挤压，其中，挤压温度为200℃，模具内等通道转角为120°，挤压路径为BA路径，每1～2道次挤压后在400℃条件下退火40min，挤压10道次后，获得直径为Ф35mm、长度为430mm的镁合金棒材；加热轧辊至150℃；将镁合金棒材加热至150℃保温40min后，进行轧制，轧制过程对轧辊进保温，轧制速度控制在0.2m/s，每道次轧制压下量为8％～16％，每道次后在250℃条件下退火60min，循环，经过12道次轧制，最终获得厚度为8mm、变形量为77％的镁合金薄板；最后，对镁合金薄板进行时效处理，时效工艺为190℃保温26h，获得镁合金薄板成品。
根据GB/T228-2002，对镁合金薄板成品进行室温力学性能测试，具体结果见表1。
表1本发明实施例的镁合金薄板成品力学性能表
屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 伸长率/％
实施例1 524 476 3.5
实施例2 512 466 3.2
实施例3 507 462 3.3
实施例4 468 421 4.3

Claims (7)

1.一种大尺寸超高强韧性镁合金薄板制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
（1）先加热镁合金坯料至250~450℃，保温1~3h，获得均匀化处理后的镁合金坯料；
（2）对步骤(1) 得到的镁合金坯料进行等通道转角挤压，挤压温度为250~450℃，模具内等通道转角为30~120°，每挤压1~2道次后回炉退火，共挤压8~12次，得到镁合金棒材；
（3）在轧机轧制前，对轧辊进行预热，预热温度为150～450℃，并在轧制过程中对轧辊进行保温处理；
（4）将步骤(2) 中获得的镁合金棒材在250～450℃条件下保温20～60min后，采用多道次小变形量的方法对镁合金棒材进行轧制处理，轧辊速度为0.2～0.5m/s，每道次轧制后回炉退火，轧制过程中交替进行横向与纵向轧制，获得的镁合金薄板；其中，轧制过程中，对热轧机上的镁合金板进行线上加热保温，使镁合金板材轧制过程中温度控制在250℃~450℃；
（5）对步骤(4) 中获得的镁合金薄板进行时效处理，得到镁合金薄板成品；
其中，所述镁合金坯料的质量百分比组成为：2.60~3.70%Zn、2.80~3.60%Al、0.30~0.80%Ti和0.10~0.50%Y，其余为Mg及不可去除的杂质元素；所述步骤(4) 中获得的镁合金薄板的厚度为0.1~10mm。
2.根据权利要求1所述的大尺寸超高强韧性镁合金薄板制备工艺，其特征在于，所述步骤(2) 中等通道转角挤压的挤压路径为A、BA、BC、C路径中的一种。
3.根据权利要求1所述的大尺寸超高强韧性镁合金薄板制备工艺，其特征在于，所述步骤(2) 中退火工艺为：在350~500℃条件下退火20~60min。
4.根据权利要求1所述的大尺寸超高强韧性镁合金薄板制备工艺，其特征在于，所述步骤(4) 中的轧制道次为10~18次。
5.根据权利要求1所述的大尺寸超高强韧性镁合金薄板制备工艺，其特征在于，所述步骤(4) 中每道次轧制压下量为8～16%。
6.根据权利要求1所述的大尺寸超高强韧性镁合金薄板制备工艺，其特征在于，所述步骤(4) 中回炉退火工艺为：在350～500℃条件下退火20～60min。
7.根据权利要求1所述的大尺寸超高强韧性镁合金薄板制备工艺，其特征在于，所述步骤(4) 中时效工艺为：在150～210℃保温16～54h。
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