CN107312986B - 一种高强塑性混晶结构铝-镁合金的制备方法 - Google Patents

一种高强塑性混晶结构铝-镁合金的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107312986B
CN107312986B CN201710609206.8A CN201710609206A CN107312986B CN 107312986 B CN107312986 B CN 107312986B CN 201710609206 A CN201710609206 A CN 201710609206A CN 107312986 B CN107312986 B CN 107312986B
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnesium alloy
aluminium
preparation
grain structure
intermediate annealing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710609206.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107312986A (zh
Inventor
查敏
孟祥涛
王慧远
姜启川
王珵
杨治政
王金国
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jilin University
Original Assignee
Jilin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jilin University filed Critical Jilin University
Priority to CN201710609206.8A priority Critical patent/CN107312986B/zh
Publication of CN107312986A publication Critical patent/CN107312986A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107312986B publication Critical patent/CN107312986B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • 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
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C22F1/047—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with magnesium as the next major constituent

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)

Abstract

本发明涉及一种高强塑性混晶结构铝‑镁合金的制备方法，该制备方法包括均质化处理、中间退火辅助大压下量控制轧制两个步骤。具体包括为：首先通过高温均质化处理消除铸态组织中元素宏观偏析并实现合金元素高固溶化，然后通过控制轧制变形结合中间退火处理引入高密度位错并促进再结晶细化晶粒；该方法制备的铝‑镁合金组织中纳米晶、超细晶与微米晶混杂共存；与单一纳米晶或超细晶组织相比，该混晶结构铝‑镁合金具有高强塑性。混晶结构组织有利于塑性变形过程中的位错运动、积累和储存，有效防止了纳米晶金属材料塑性应变局部集中，显著提高了材料的加工硬化和塑性变形能力。

Description

一种高强塑性混晶结构铝-镁合金的制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料领域，特别是涉及一种高强塑性混晶结构铝-镁合金的制备方法。
背景技术
铝-镁合金密度低、比强度高、具有良好的加工性能、抗腐蚀性能、焊接性能和抗疲劳强度，且价格低廉。高强度铝-镁合金成为替代传统钢铁零部件的热门候选材料，在航空航天、交通运输和建筑结构等领域有广泛的应用前景。然而，传统变形铝-镁合金的强度很难与钢材媲美。利用大变形技术可以大幅度提高铝-镁合金的强度，近年来引起了人们的广泛关注。目前，高强度非热处理铝-镁合金的制备方法主要有：高压扭转、等通道角挤压、机械冶金法等。然而，高强度铝-镁合金通常塑性较低，严重限制了其工业应用。本发明给出一种高强塑性混晶结构铝-镁合金的制备方法，获得的纳米晶、超细晶、微米晶混合共存的混晶结构有利于塑性变形过程的位错运动、积累和储存，有效防止变形过程中局部塑性应变集中，显著提高了材料的塑性变形能力。本发明方法简单、可靠，能够制备较大尺寸样品、易于推广应用，非常适合于批量生产高强塑性混晶铝-镁合金板材。该发明方法亦可适用于镁合金、钛合金等难变形金属材料。
发明内容
本发明目的是提供一种工艺简单、高效，且易于批量生产和推广应用的高强塑混晶结构(纳米晶、超细晶、微米晶共存)铝-镁合金的制备方法，显著提高了不可时效硬化铝-镁合金的强度和塑性。
一种高强塑性混晶结构铝-镁合金的制备方法，该制备方法包括均质固溶处理、中间退火辅助大压下量控制轧制两个步骤，通过均质化处理、中间退火辅助大压下量控制轧制，促进微观非均匀变形及部分再结晶，制备出纳米晶/超细晶与微米晶共存的混晶结构高强塑铝-镁合金，该制备方法包括以下步骤：
(1)高温均质固溶处理：将固溶镁含量大于5％的铸造铝-镁合金进行450-600摄氏度保温100-300分钟的均质化热处理，消除铸态组织中元素宏观偏析并实现合金元素高固溶化；
(2)中间退火辅助大压下量控制轧制：将上述均质态样品进行大压下量控制轧制变形，其中每道次压下量大于等于50％，样品表面无明显微裂纹产生；将轧制变形样品置于空气加热炉或盐浴炉中，在200-400摄氏度保温1-45分钟，消除内应力，形成回复或再结晶组织；然后继续进行压下量大于等于50％的轧制加工。
反复进行步骤(2)，直至样品的总压下量达到75％以上，获得同时具有高强度和高塑性的混晶结构铝-镁合金板材。
优选的，步骤(1)所述均质热处理温度为480-580摄氏度，保温时间为150-250分钟。
优选的，步骤(2)所述每道次压下量为50-70％，总压下量为75％以上；所述中间退火温度为250-350摄氏度，保温时间为5-30分钟。
采用以上技术方案的有益效果是：本发明提供一种能够制备大尺寸板材、工艺简单、高效，适合于批量生产具有高强塑性混晶结构铝-镁合金的制备方法，主要具有以下优点：
(1)本发明制备的铝-镁合金所含合金元素仅有两种，有利于回收再利用；本发明制备的铝-镁合金中所加入的镁元素含量较高，有利于促进微观非均匀变形和位错繁殖、演化及再结晶动力学；
(2)中间退火辅助大压下量控制轧制能有效减少材料内应力，有利于增加变形量获得混晶中的超细晶/纳米晶；同时，也利于提高材料的变形能力及成品率；
(3)本发明中混晶结构组织与传统粗晶组织相比，晶界强化和位错强化明显增强，显著提高了材料的强度；与单一纳米晶或超细晶组织相比，明显有利于塑性变形过程的位错滑移、积累和储存，显著提高了材料的加工硬化和塑性变形能力；
(4)该制备方法适合于批量生产高强塑性铝-镁合金，突破了“不可热处理铝合金强塑性难以同时提高”传统认识。
(5)该发明方法亦可适用于镁合金、钛合金等难变形轻合金材料。
附图说明：
图1为高强塑性Al-5Mg合金的混晶结构组织的EBSD照片
图2为高强塑性Al-8Mg合金的混晶结构组织的TEM照片
具体实施方式
本发明的制备方法具体包括为：首先通过高温均质化处理消除铸态组织中元素宏观偏析并实现合金元素高固溶化，然后通过中间退火辅助大压下量控制轧制，引入高密度位错并细化晶粒；该方法制备的铝-镁合金组织中纳米晶/超细晶与微米晶混杂共存；与单一纳米晶或超细晶结构铝–镁合金相比，该混晶铝–镁合金具有高强塑性。
实施例一
(1)高温均质化处理：将铸造Al-5Mg合金进行580摄氏度保温180分钟的均质化热处理，消除铸态组织中元素宏观偏析并实现合金元素高固溶化；
(2)中间退火辅助大压下量控制轧制：将均质热处理后的Al-5Mg合金加工成一定尺寸的试样，然后进行单道次压下量为60％的轧制变形，样品表面没有微裂纹产生；将变形样品置于空气加热炉或盐浴炉中，在320摄氏度保温10分钟，消除内应力，形成回复或再结晶组织，然后将样品放入凉水中降至室温；对中间退火后的样品进行室温下压下量为70％的轧制变形，即总压下量达到88％，样品表面没有明显微裂纹产生。
轧制试样组织中超细晶粒小于300nm，粗大晶粒尺寸大于20m。材料的屈服强度为206MPa，抗拉强度为412MPa，断裂延伸率为12％。
实施例二
(1)高温均质化处理：将铸造Al-7Mg合金进行550摄氏度保温180分钟的均质化热处理，消除铸态组织中元素宏观偏析并实现合金元素高固溶化；
(2)中间退火辅助大压下量控制轧制：将均质热处理后的Al-7Mg合金加工成一定尺寸的试样，然后进行单道次压下量为70％的轧制变形，样品表面没有微裂纹产生；将变形样品置于空气加热炉或盐浴炉中，在350摄氏度保温5分钟，消除内应力，形成回复或再结晶组织，然后将样品放入凉水中降至室温；对中间退火后的样品进行室温下压下量为70％的轧制变形，即总压下量达到91％，样品表面没有明显微裂纹产生。
材料的屈服强度为397MPa，抗拉强度为553MPa，断裂延伸率大于等于10％。
实施例三
(1)高温均质化处理：将铸造Al-7Mg-0.2Sc合金铸锭进行550摄氏度保温180分钟的均质化热处理，消除铸态组织中元素宏观偏析并实现合金元素高固溶化；
(2)中间退火辅助大压下量控制轧制：将均质热处理后的Al-7Mg-0.2Sc合金加工成一定尺寸的轧制试样，然后进行两道次轧制变形，每道次压下量为50％，样品表面没有微裂纹产生；将轧制后的样品置于空气加热炉或盐浴炉中，在350摄氏度保温10分钟，消除内应力，然后将样品放入凉水中降至室温；对中间退火后的样品进行室温下进行单道次压下量为60％的轧制变形，即总压下量达到90％，样品表面没有明显微裂纹产生。
轧制试样的屈服强度为383MPa，抗拉强度为552MPa，断裂延伸率为17％。
实施例四
(1)高温均质化处理：将铸造Al-8Mg合金进行500摄氏度保温180分钟的均质化热处理，消除铸态组织中元素宏观偏析并实现合金元素高固溶化；
(2)中间退火辅助大压下量控制轧制：将均质热处理后的Al-8Mg合金加工成一定尺寸的试样，然后进行单道次压下量为50％的轧制变形，样品表面没有微裂纹产生；将变形样品置于空气加热炉或盐浴炉中，在400摄氏度保温5分钟，消除内应力，形成回复或再结晶组织，然后将样品放入凉水中降至室温；对中间退火后的样品进行室温下压下量为50％的轧制变形，即总压下量达到75％，样品表面没有明显微裂纹产生。
轧制试样组织中超细晶粒小于500nm，粗大晶粒尺寸大于20μm。材料的屈服强度为350MPa，抗拉强度为530MPa，断裂延伸率为15％。
混晶结构组织中粗大微米晶粒与亚微米晶粒超细晶粒混杂共存，且超细晶粒分布在粗大微米晶粒的晶界周围；该多尺度晶粒分布组织中超细晶提供了强晶界强化作用，粗大微米晶粒为位错的滑移和储存提供了足够的空间，能提高材料的加工硬化能力；此外，高固溶元素含量及高位错密度能有效强化材料；该方法制备的混晶铝-镁合金与传统单一超细晶铝-镁合金相比具有明显增强的加工硬化能力的及塑性，而与粗晶铝-镁合金相比具有明显提高的强度。
将Al-5Mg、Al-7Mg、Al-8Mg、Al-7Mg-0.2Sc、Al-7Mg-0.4Sc等铝-镁合金，按照本发明内容制备成高强塑性宏观形貌良好混晶铝-镁合金板材，主要制备参数及见下表。
表1主要铝镁合金制备参数及相应性能
注：变形压下量及中间退火过程中1P、2P、3P表示第一、二、三道次，50、60、70表示压下量。

Claims (3)

1.一种高强塑混晶结构铝-镁合金的制备方法，其特征在于，该制备方法包括均质固溶处理、中间退火辅助大压下量控制轧制两个步骤，通过均质固溶处理、中间退火辅助大压下量控制轧制，促进微观非均匀变形及再结晶，制备出纳米晶/超细晶与微米晶共存的混晶结构高强塑铝-镁合金，该制备方法包括以下步骤：
(1)高温均质固溶处理：将固溶镁含量在5-8％的铸造铝-镁合金进行450-600摄氏度保温100-300分钟的均质化热处理，消除铸态组织中元素宏观偏析并实现合金元素高固溶化；
(2)中间退火辅助大压下量控制轧制：将上述均质态样品进行大压下量控制轧制变形，其中每道次压下量大于等于50％；样品表面无明显微裂纹产生；将轧制变形样品置于空气加热炉或盐浴炉中，在200-400摄氏度保温1-45分钟，消除内应力，形成回复或再结晶组织；然后继续进行压下量大于等于50％的轧制加工；
反复进行步骤(2)，直至样品的总压下量达到75％以上，获得同时具有高强度和高塑性的混晶铝-镁合金板材。
2.根据权利要求1所述的高强塑混晶结构铝-镁合金的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述均质热处理温度为480-580摄氏度，保温时间为150-250分钟。
3.根据权利要求1所述的高强塑混晶结构铝-镁合金的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述每道次压下量为50-70％；总压下量为75％以上；所述中间退火温度为250-350摄氏度，保温时间为5-30分钟。
CN201710609206.8A 2017-07-25 2017-07-25 一种高强塑性混晶结构铝-镁合金的制备方法 Active CN107312986B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710609206.8A CN107312986B (zh) 2017-07-25 2017-07-25 一种高强塑性混晶结构铝-镁合金的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710609206.8A CN107312986B (zh) 2017-07-25 2017-07-25 一种高强塑性混晶结构铝-镁合金的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107312986A CN107312986A (zh) 2017-11-03
CN107312986B true CN107312986B (zh) 2019-09-24

Family

ID=60178443

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710609206.8A Active CN107312986B (zh) 2017-07-25 2017-07-25 一种高强塑性混晶结构铝-镁合金的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107312986B (zh)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108842043B (zh) * 2018-07-18 2020-06-16 东南大学 一种获得复合晶粒组织的高速钢加工方法
CN109468560A (zh) * 2019-01-15 2019-03-15 吉林大学 一种高铝含量铸轧镁合金板材中第二相均匀化调控制备方法
CN109735746B (zh) * 2019-03-01 2021-01-05 吉林大学 一种提高铝合金热稳定性及超塑性的制备方法
CN109680172A (zh) * 2019-03-08 2019-04-26 吉林大学 一种具有弱织构高强塑性低合金含量镁合金制备方法
CN110343982A (zh) * 2019-07-30 2019-10-18 南京理工大学 一种纳米双峰异构铝镁合金制备方法
CN111647831A (zh) * 2020-05-21 2020-09-11 范语楠 一种制备Al-Cu-Mg合金纳米晶粒组织的装置和方法
CN111676430A (zh) * 2020-06-22 2020-09-18 国电锅炉压力容器检验有限公司 一种高强度高塑性异构层状5083铝合金及其制备方法
CN111793778A (zh) * 2020-07-20 2020-10-20 吉林大学 一种制备高强塑性混晶结构镁合金的方法
CN114086039B (zh) * 2020-08-24 2022-05-20 南京理工大学 一种高强高韧纳米片层结构铝镁合金制备方法
CN114086042B (zh) * 2021-10-26 2022-05-27 河海大学 一种微剪切带诱导形成多样混晶结构的高强韧铝合金及其制备方法和应用
CN114619024A (zh) * 2022-03-04 2022-06-14 武汉理工大学 一种同时提高超细晶Al-Mg合金强度和韧性的方法
CN115074646B (zh) * 2022-07-11 2023-02-24 上海交通大学 一种多尺度梯度混晶铝合金及其构建方法和应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101857933A (zh) * 2009-04-10 2010-10-13 中国科学院金属研究所 一种高塑性、低各向异性镁合金及其板材的热轧制工艺
CN105234174A (zh) * 2015-08-31 2016-01-13 东北大学 一种镁及镁合金极薄带的轧制方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101857933A (zh) * 2009-04-10 2010-10-13 中国科学院金属研究所 一种高塑性、低各向异性镁合金及其板材的热轧制工艺
CN105234174A (zh) * 2015-08-31 2016-01-13 东北大学 一种镁及镁合金极薄带的轧制方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
High ductility bulk nanostructured Al-Mg binary alloy processed by equal channel angular pressing and inter-pass annealing;Min Zha etal;《Scripta Materialia》;20150429;第22-25页 *
Min ZHA etal.Microstructure, hardness evolution and thermal stability of binary Al−7Mg alloy processed by ECAP with intermediate annealing.《Transactions of Nonferrous Metals Society of China》.2014, *

Also Published As

Publication number Publication date
CN107312986A (zh) 2017-11-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107312986B (zh) 一种高强塑性混晶结构铝-镁合金的制备方法
CN108531817B (zh) 纳米/超细晶结构超高强塑性奥氏体不锈钢及制备方法
Zuo et al. The mechanism of grain refinement and plasticity enhancement by an improved thermomechanical treatment of 7055 Al alloy
CN106591650B (zh) 一种改善铝锂合金抗应力腐蚀性能的方法
CN104372210B (zh) 一种汽车用低成本高成形性铝合金材料及其制备方法
CN101193839B (zh) 高强度铝合金及其制备方法
CN105074028B (zh) 室温时效后的特性优异的铝合金板
CN107532250A (zh) 稀镁合金板材中的应变诱导时效强化
CN106591632A (zh) 一种改善铝锂合金综合性能的热处理工艺
CN106480384B (zh) 一种超高强度铝合金板材的轧制方法
CN106521253A (zh) 一种高成形性Al‑Mg‑Si合金及其制造方法
CN110042333A (zh) 一种航空用625MPa级大规格铝合金预拉伸板材的制造方法
CN104711463A (zh) 一种Al-Mg-Zn-Li合金及其板材制备方法
Huo et al. Improved thermo-mechanical processing for effective grain refinement of high-strength AA 7050 Al alloy
CN107460370A (zh) 一种低成本高强度高塑性亚稳β钛合金及其制备方法
CN113444940A (zh) 一种高强高韧耐蚀7055铝合金中厚板材的制备方法
CN104975209A (zh) 一种高自然时效稳定性6000系铝合金材料、铝合金板及其制造方法
Kolobnev et al. Structure, properties and application of alloys of the Al–Mg–Si–(Cu) system
CN109554595B (zh) 一种控制Al-Cu-Mg-Si-Mn合金弥散相析出的方法
CN107604222A (zh) 一种可时效强化的Al‑Mg系合金及其制备方法
Gao et al. Microstructure and properties of forged plasma arc melted pilot ingot of Ti–45Al–8.5 Nb–(W, B, Y) alloy
CN104775059B (zh) 具有长时间自然时效稳定性的Al‑Mg‑Si系铝合金材料、铝合金板及其制造方法
CN109897995A (zh) 一种高强度高塑性铝合金板材及其制造方法
CN110172623A (zh) 一种高强韧铝合金及其制备方法
CN110983129B (zh) 一种提高汽车用铝合金板材弯边性能的一体化过程调控方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant