CN106734205B - 一种短流程轧制制备超塑性镁合金的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种短流程轧制制备超塑性镁合金的方法，该制备方法包括大轧制率轧制、常规轧制率降温轧制和热处理三个步骤。首先将镁合金坯料通过大轧制率轧制制备出镁合金板坯，然后对板坯进行常规轧制率降温轧制，随后进行热处理形成超塑性组织，从而制备出在一定温度下具有超塑性变形能力的镁合金板材。该方法通过3‑6道次制备超塑性镁合金板材，整体材料中的组织细小均匀，并且析出相形状圆整。该方法适合制备大尺寸样品，弱化织构，有效避免难变形镁合金轧制过程中的开裂，提高镁合金的成形能力；并且该方法流程短、效率高、成本低，易于推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料领域，特别是涉及一种短流程制备超塑性镁合金的方法。
背景技术
镁合金作为最轻的工程结构金属材料，具有较高的比强度和比刚度，良好的导电导热性，兼有较佳的阻尼减震和电磁屏蔽性能，并且可以再生回收。在汽车、通讯设备、航空航天等领域中得到日益广泛的应用。尤其是在轻量化方面，对比钢和铝合金具有显著优势。然而，常用的铸造镁合金强度不高，塑性变形能力差，限制了其更广泛的应用。而对于变形镁合金来说，虽然强度高、塑性好，应用范围更加广泛。但是塑性加工成形困难，仍然是限制变形镁合金发展最主要的问题之一。大变形的方法作为加工镁合金的方法之一备受瞩目，但加工工件尺寸小，并且难以工业化批量生产是其面对的最主要的问题。而传统的轧制方法虽然可以加工大尺寸工件，并且容易工业化，但是加工镁合金板材往往需要较多的道次，生产工序长，因此成本较高。
发明内容
本发明目的是提供一种短流程、低成本、工艺简单、可靠，且易于批量生产和推广应用的超塑性镁合金板材的制备方法，所制备的镁合金板材具有尺寸细小的组织，显著提高了镁合金的成形能力和超塑性变形能力。
本发明能够制备大尺寸板材，适合工业化批量生产，并且显著减少了加工流程，降低了成本。为提高板材成形能力，获得细晶超塑性镁合金板材提供了一种有效途径。同时，本发明方法也适合于其它金属材料如钛合金、高固溶镁含量的难变形铝-镁合金以及金属基复合材料等。
本发明包括大轧制率轧制、常规轧制率降温轧制和热处理三个步骤。所制备的镁合金组织中基体晶粒平均尺寸在3微米左右，并且在基体中均匀分布着球形的析出相，析出相的尺寸在1微米以下。该方法制备的镁合金薄板具有超塑性变形的能力，具体制备步骤如下：
通过大轧制率轧制、常规轧制率降温轧制和热处理三个步骤获得具有超塑性变形能力的细晶镁合金板材。该制备方法能够制备大尺寸样品，弱化织构，有效避免难变形镁合金轧制过程中的开裂，提高镁合金的成形能力。具体包括：
(1)大轧制率轧制：将商业镁合金坯料夹在两块钢板之间，一起放进加热箱中加热，待镁合金坯料的温度升温至300–400摄氏度后，静置保温5–60分钟；然后将钢板和坯料一起推送至轧辊入口，进行大轧制率轧制，压下率为50–90％；
(2)常规轧制率降温轧制：将步骤(1)轧制后的试样去掉钢板，放入加热箱，待镁合金坯料的温度升温至300–400摄氏度后静置保温5–60分钟；进行1–3道次轧制，每道次压下率为2–20％；然后将此试样再次放入加热箱，待升温至250–350摄氏度后静置保温5–60分钟；进行1–2道次轧制，每道次压下率为2–20％；
(3)热处理：将步骤(2)轧制后的试样进行200–350摄氏度，30–180分钟的退火热处理，获得晶粒细小具有超塑性变形能力的镁合金板材。
所述的大轧制率轧制中的压下率为65–85％；所述的常规轧制率降温轧制压下率为8％-15％。所述的大轧制率轧制轧辊温度为室温-200摄氏度，所述的常规轧制率降温轧制轧辊温度为60-200摄氏度；所述大轧制率轧制过程中镁合金的温度为320–380摄氏度，所述常规轧制率降温轧制过程中镁合金温度依次为320–380摄氏度、260–350摄氏度；所述的热处理温度为250–320摄氏度，时间为60–150分钟。
所述的商业镁合金包括AZ31、AZ61、AZ80、AZ91、AT82或ZK60镁合金。
本发明与目前已有的技术相比具有以下特点：
本发明目的是提供一种短流程、低成本、工艺简单、可靠，且易于批量生产和推广应用的超塑性镁合金板材的制备方法，所制备的镁合金板材具有尺寸细小的组织，显著提高了镁合金的成形能力和超塑性变形能力。经过工艺优化后制备的镁合金平均晶粒尺寸约为3微米，通过最短3个道次的轧制，可以获得90％的压下率，并且有效避免炸制过程中的开裂。
主要具有以下优点：
1)该制备方法在镁合金轧制过程中包含大轧制率轧制过程，能够通过单道次轧制获得高的压下率，且弱化了织构；显著提高了轧制效率，缩短流程，并且大大减少了镁合金轧制过程中开裂的发生；
2)该制备方法在镁合金轧制过程中包含常规轧制率降温轧制过程，在常规的轧制率条件下巧妙利用高、低温降温轧制，形成高密度位错和孪晶等促进后续再结晶形核，显著细化晶粒，避免了大面积混杂晶粒区域的形成，为整体材料获得均匀细小的晶粒提供了保证；同时，能够获得均匀弥散分布的球形析出相，使镁合金板材的强度和塑性显著提高；
3)该制备方法包括退火热处理过程，使变形后的镁合金基体组织发生再结晶，并且通过一定体积分数和均匀分布的析出相有效的阻碍再结晶晶粒的长大，为最终获得超塑性变形行为提供了保证；
4)该制备方法可以在3-6个道次内短流程制备传统方法难以制备的难变形合金板材，如AZ91、AZ80镁合金等，显著降低了超塑性镁合金的制备成本，适合于大尺寸薄板的制备，适合于批量生产过程。
附图说明
图1为大轧制率轧单道次轧制后的镁合金组织照片。
图2为退火热处理后获得的超塑性镁合金组织照片。
具体实施方式
实施例一：
(1)大轧制率轧制：将商业镁合金AZ91坯料夹在两块钢板之间，一起放进加热箱中加热，待镁合金坯料的温度升温至380摄氏度后，静置保温10分钟；然后将钢板和坯料一起推送至轧辊入口，进行1道次轧制，压下率为85％；
(2)常规轧制率降温轧制：将步骤(1)轧制后的试样去掉钢板，放入加热箱，待镁合金坯料的温度升温至380摄氏度后静置保温10分钟；进行1道次轧制，压下率为15％；然后将此试样再次放入加热箱，待升温至330摄氏度后静置保温10分钟；进行1道次轧制，压下率为15％；
(3)退火处理：将步骤(2)轧制后的试样进行200–250摄氏度，120–180分钟的退火处理，获得晶粒细小具有超塑性变形能力的镁合金板材。
实施例二：
(1)大轧制率轧制：将商业镁合金AZ91坯料夹在两块钢板之间，一起放进加热箱中加热，待镁合金坯料的温度升温至350摄氏度后，静置保温20分钟；然后将钢板和坯料一起推送至轧辊入口，进行1道次轧制，压下率为70％；
(2)常规轧制率降温轧制：将步骤(1)轧制后的试样去掉钢板，放入加热箱，待镁合金坯料的温度升温至350摄氏度后静置保温20分钟；进行1道次轧制，压下率为10％；然后将此试样再次放入加热箱，待升温至300摄氏度后静置保温20分钟；进行1道次轧制，压下率为10％；
(3)退火处理：将步骤(2)轧制后的试样进行220–270摄氏度，100–160分钟的退火处理，获得晶粒细小具有超塑性变形能力的镁合金板材。
实施例三：
(1)大轧制率轧制：将商业镁合金AZ91坯料夹在两块钢板之间，一起放进加热箱中加热，待镁合金坯料的温度升温至320摄氏度后，静置保温50分钟；然后将钢板和坯料一起推送至轧辊入口，进行1道次轧制，压下率为55％；
(2)常规轧制率降温轧制：将步骤(1)轧制后的试样去掉钢板，放入加热箱，待镁合金坯料的温度升温至320摄氏度后静置保温50分钟；进行1道次轧制，压下率为5％；然后将此试样再次放入加热箱，待升温至270摄氏度后静置保温50分钟；进行1道次轧制，压下率为5％；
(3)退火处理：将步骤(2)轧制后的试样进行250–300摄氏度，80–140分钟的退火处理，获得晶粒细小具有超塑性变形能力的镁合金板材。
实施例四：
(1)大轧制率轧制：将商业镁合金AZ61坯料夹在两块钢板之间，一起放进加热箱中加热，待镁合金坯料的温度升温至345摄氏度后，静置保温22分钟；然后将钢板和坯料一起推送至轧辊入口，进行1道次轧制，压下率为86％；
(2)常规轧制率降温轧制：将步骤(1)轧制后的试样去掉钢板，放入加热箱，待镁合金坯料的温度升温至345摄氏度后静置保温22分钟；进行1道次轧制，压下率为16％；然后将此试样再次放入加热箱，待升温至295摄氏度后静置保温22分钟；进行2道次轧制，每道次压下率为16％；
(3)退火处理：将步骤(2)轧制后的试样进行280–330摄氏度，60–120分钟的退火处理，获得晶粒细小具有超塑性变形能力的镁合金板材。
实施例五：
(1)大轧制率轧制：将商业镁合金AT82坯料夹在两块钢板之间，一起放进加热箱中加热，待镁合金坯料的温度升温至390摄氏度后，静置保温5分钟；然后将钢板和坯料一起推送至轧辊入口，进行1道次轧制，压下率为87％；
(2)常规轧制率降温轧制：将:步骤(1)轧制后的试样去掉钢板，放入加热箱，待镁合金坯料的温度升温至390摄氏度后静置保温5分钟；进行2道次轧制，每道次压下率为17％；然后将此试样再次放入加热箱，待升温至340摄氏度后静置保温5分钟；进行1道次轧制，压下率为16％；
(3)退火处理：将步骤(2)轧制后的试样进行300–325摄氏度，60–90分钟的退火处理，获得晶粒细小具有超塑性变形能力的镁合金板材。
实施例六：
将商业AZ31、AZ61、AZ91、AZ80、AT82、ZK60等牌号镁合金，按照本发明方法制备成超塑性镁合金板材，主要制备参数见表1。其中，经过制备参数优化后，制备的AZ91镁合金在室温下抗拉强度可到达330MPa，拉伸应变可达到18％；200摄氏度下拉伸超塑性为90％-125％；具有优异的超塑性变形能力。
表1实施例六的主要制备参数
图1显示的是大轧制率轧单道次轧制后的镁合金组织照片。
图2显示的是退火热处理后获得的超塑性镁合金组织照片。
Claims (4)
1.一种短流程轧制制备超塑性镁合金的方法，其特征在于：
该制备方法包括大轧制率轧制、常规轧制率降温轧制和热处理三个步骤；具体制备步骤如下：
(1)大轧制率轧制：将镁合金坯料夹在两块钢板之间，一起放进加热箱中加热，待镁合金坯料的温度升温至300～400摄氏度后，静置保温5～60分钟；然后将钢板和坯料一起推送至轧辊入口，进行大轧制率轧制，压下率为50～90％；
(2)常规轧制率降温轧制：将步骤(1)轧制后的试样去掉钢板，放入加热箱，待镁合金坯料的温度升温至300～400摄氏度后静置保温5～60分钟；进行1～3道次轧制，每道次压下率为2～20％；然后将此试样再次放入加热箱，待升温至250～350摄氏度后静置保温5～60分钟；进行1道次或2道次轧制，每道次压下率为2～20％；
(3)热处理：将步骤(2)轧制后的试样进行200～350摄氏度，30～180分钟的退火热处理，获得晶粒细小具有超塑性变形能力的镁合金板材。
2.根据权利要求1所述的一种短流程轧制制备超塑性镁合金的方法，其特征在于：
所述的大轧制率轧制中的压下率为65～85％。
3.根据权利要求1所述的一种短流程轧制制备超塑性镁合金的方法，其特征在于：所述大轧制率轧制过程中镁合金坯料的温度为320～380摄氏度，所述常规轧制率降温轧制过程中镁合金坯料的温度依次为320～380摄氏度、260～350摄氏度；所述的热处理温度为250～320摄氏度，时间为60～150分钟。
4.根据权利要求1所述的一种短流程轧制制备超塑性镁合金的方法，其特征在于：所述的镁合金包括AZ31、AZ61、AZ80、AZ91、AT82或ZK60镁合金。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |