CN107999538B - 一种高体积分数第二相镁合金的预变形辅助热处理及其轧制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高体积分数第二相镁合金的预变形辅助热处理及其轧制方法，它包括：铸轧镁合金坯料在200–350摄氏度保温5–45分钟后，进行1–3道次预变形轧制，每道次压下量为3–25%；预变形后镁合金置在惰性气体保护下加热至200–430摄氏度，保温30–300分钟；所述的板坯经过7道次以上轧制，每道次间在300–400摄氏度保温5–30分钟；将薄板在惰性气体保护下加热200–375摄氏度，10–200分钟的退火热处理，获得具有均匀弥散分布第二相和细晶组织的镁合金板材。改善镁合金中尺寸粗大的链条状第二相形貌，解决了“高温长时间仍难以充分固溶异常粗大偏析相”难题，攻破轧制过程中“裂边、中间断裂、难以轧制成型”的难关，板材组织细小均匀，第二相形貌圆整，室温拉伸具有高强韧性。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料领域，具体涉及高体积分数第二相镁合金应力辅助相扩散轧制方法。
背景技术
镁合金作为最轻的工程结构金属材料，具有比强度高、比刚度高、电磁屏蔽能力强、阻尼减震性好、导电导热性好及良好的再回收性等优点，在汽车、航天、通讯等领域轻量化、节能、环保等诸多方面得到日益广泛的应用。然而，塑性加工成形困难一直是限制镁合金发展最主要的问题之一。除了镁合金固有的密排六方晶格结构以外，第二相的尺寸与分布也是影响镁合金塑性成形的重要因素。近年来，熔体铸轧开坯相比于传统热轧或挤压开坯等由于成本低、操作简单，并能生产高质量的镁合金板材，已得到较为广泛关注和应用。然而，铸轧高铝含量的镁–铝–锌系合金通常会产生大量的偏析相，并且尺寸较大、主要呈链条状分布，大大降低了材料的加工性能，严重限制了其在后续变形过程中的应用，难以实现薄板的批量生产。本发明给出一种高体积分数第二相镁合金的应力辅助相扩散及其轧制方法，制备的板材组织细小均匀，析出相形貌圆整，具有高强韧性力学性能。该方法工艺简单、可靠，易于推广应用，非常适用于高体积分数第二相铸轧镁合金的轧制过程，同时适合于含有高体积分数第二相的难变形挤压、锻造等镁合金。
发明内容
本发明的目的是为了解决塑性加工成形困难的问题，而提供一种高体积分数第二相镁合金应力辅助相扩散轧制方法。
高体积分数第二相镁合金应力辅助相扩散轧制方法，它包括：
（1）应力辅助相扩散：铸轧镁合金坯料在200–350摄氏度保温5–45分钟后，进行1–3道次预变形轧制，每道次压下量为3–25%；预变形后镁合金置在惰性气体保护下加热至200–430摄氏度，保温30–300分钟，获得热处理扩散第二相的板坯；
（2）高温轧制：所述的板坯经过7道次以上轧制，每道次压下量为2–30%，每道次间在300–400摄氏度保温5–30分钟，轧制成薄板；
（3）再结晶处理：将薄板在惰性气体保护下加热200–375摄氏度，10–200分钟的退火热处理，获得具有均匀弥散分布第二相和细晶组织的镁合金板材；
步骤（1）所述预变形过程中镁合金的处理温度为220–320摄氏度，所述每道次预变形压下量为8–15%，热处理温度为300–425摄氏度，处理时间为60–240分钟；
步骤（2）所述高温轧制过程中镁合金的处理温度为320–370摄氏度，所述每道次变形压下量为6–20%，总下压量大于70%；
步骤（3）所述再结晶处理退火温度为250–350摄氏度，处理时间为30–180分钟；
步骤（1）所述预变形轧制为单一方向轧制、两头交替轧制和\或90度调转轧制；
所述的铸轧镁合金包括AZ31、AZ61、AZ91、AT82、ATZ421或ATZ821镁合金。
高体积分数第二相镁合金，它的基体晶粒小于20微米；
所述的基体晶粒小于10微米；
所述的基体晶粒小于5微米；
所述的高体积分数第二相镁合金，它是采用上述方法制备的。
本发明提供了高体积分数第二相镁合金应力辅助相扩散轧制方法, 它包括：铸轧镁合金坯料在200–350摄氏度保温5–45分钟后，进行1–3道次预变形轧制，每道次压下量为3–25%；预变形后镁合金置在惰性气体保护下加热至200–430摄氏度，保温30–300分钟；所述的板坯经过7道次以上轧制，每道次间在300–400摄氏度保温5–30分钟；将薄板在惰性气体保护下加热200–375摄氏度，10–200分钟的退火热处理，获得具有均匀弥散分布第二相和细晶组织的镁合金板材。改善镁合金中尺寸粗大的链条状第二相形貌，解决了“高温长时间仍难以充分固溶异常粗大偏析相”难题，攻破轧制过程中“裂边、中间断裂、难以轧制成型”的难关，板材组织细小均匀，第二相形貌圆整，平均晶粒尺寸约为5微米，室温拉伸具有高强韧性。
基于预变形储存能促进溶质原子固溶扩散的思路，通过应力辅助相扩散、高温轧制和再结晶处理三个步骤制备出具有细晶和弥散析出相的镁合金板材。该方法能够制备大尺寸样品，第二相的充分固溶有效避免了镁合金轧制过程中的开裂，提高塑性成形能力。
主要具有以下优点：
（1）通过预变形促进扩散方法，引入大量位错、孪晶，提高第二相的固溶扩散效果，巧妙解决了“高温长时间仍难以充分固溶异常粗大偏析相”的难题；
（2）该制备方法与传统直接热处理轧制相比，能显著提高材料的成品率，攻破了常规轧制过程中“裂边、中间断裂、难以轧制成型”等难关；
（3）常规轧制难以实现高体积分数第二相镁合金的组织均匀化，该方法制备的板材组织细小均匀，第二相为弥散分布的亚微米级圆整相，显著提高了材料的屈服强度和塑性变形能力；
（4）该制备方法通过变形和再结晶获得的第二相既可以是单一析出相，也可以是两种以上混杂析出相；
（5）该制备方法特别适合于具有高体积分数偏析相的铸轧镁合金轧制，同时适合于含有高体积分数第二相的难变形挤压、锻造等镁合金。
附图说明
图1 铸轧态具有偏析相的镁合金组织；
图2 轧制+退火热处理后的均匀镁合金组织。
具体实施方式
实施例1高体积分数第二相镁合金应力辅助相扩散轧制方法
1）应力辅助相扩散：将铸轧ATZ421镁合金坯料置入加热箱，在250摄氏度保温10分钟后进行1道次的预变形轧制，压下量为8%；然后将预变形后的镁合金置于加热炉中，在氩气保护下加热至425摄氏度保温150分钟，热处理扩散第二相；
2）高温轧制：将步骤（1）热处理后的板坯经过8道次以上轧制，每道次压下量为10%，每道次间在330摄氏度保温15分钟，轧制成薄板，总压下量大于70%；
3）再结晶处理：将轧制后的试样置于加热炉中，在氩气保护下进行225–300摄氏度，45–180分钟的退火热处理，获得具有均匀弥散分布第二相和细晶组织的镁合金板材。
实施例2高体积分数第二相镁合金应力辅助相扩散轧制方法
1）应力辅助相扩散：将铸轧ATZ421镁合金坯料置入加热箱，在280摄氏度保温10分钟后进行2道次的预变形轧制，每道次压下量为10%；然后将预变形后的镁合金置于加热炉中，在氩气保护下加热至400摄氏度保温180分钟，热处理扩散第二相；
2）高温轧制：将步骤（1）热处理后的板坯经过5道次以上轧制，每道次压下量为15%，每道次间在350摄氏度保温10分钟，轧制成薄板，总压下量大于70%；
3）再结晶处理：将轧制后的试样置于加热炉中，在氩气保护下进行200–280摄氏度，60–150分钟的退火热处理，获得具有均匀弥散分布第二相和细晶组织的镁合金板材。
实施例3高体积分数第二相镁合金应力辅助相扩散轧制方法
1）应力辅助相扩散：将铸轧AZ31镁合金坯料置入加热箱，在250摄氏度保温15分钟后进行1道次的预变形轧制，每道次压下量为20%；然后将预变形后的镁合金置于加热炉中，在氩气保护下加热至430摄氏度保温100分钟，热处理扩散第二相；
2）高温轧制：将步骤（1）热处理后的板坯经过7道次以上轧制，每道次压下量为12%，每道次间在320摄氏度保温20分钟，轧制成薄板，总压下量大于70%；
3）再结晶处理：将轧制后的试样置于加热炉中，在氩气保护下进行250–325摄氏度，30–100分钟的退火热处理，获得具有均匀弥散分布第二相和细晶组织的镁合金板材。
实施例4高体积分数第二相镁合金应力辅助相扩散轧制方法
1）应力辅助相扩散：将铸轧AZ61镁合金坯料置入加热箱，在250摄氏度保温15分钟后进行2道次的预变形轧制，每道次压下量为8%；然后将预变形后的镁合金置于加热炉中，在氩气保护下加热至410摄氏度保温150分钟，热处理扩散第二相；
2）高温轧制：将步骤（1）热处理后的板坯经过7道次以上轧制，每道次压下量为10%，每道次间在330摄氏度保温25分钟，轧制成薄板，总压下量大于70%；
3）再结晶处理：将轧制后的试样置于加热炉中，在氩气保护下进行200–300摄氏度，50–120分钟的退火热处理，获得具有均匀弥散分布第二相和细晶组织的镁合金板材。
实施例5高体积分数第二相镁合金应力辅助相扩散轧制方法
1）应力辅助相扩散：将铸轧AZ91镁合金坯料置入加热箱，在300摄氏度保温15分钟后进行2道次的预变形轧制，每道次压下量为5%；然后将预变形后的镁合金置于加热炉中，在氩气保护下加热至420摄氏度保温240分钟，热处理扩散第二相；
2）高温轧制：将步骤（1）热处理后的板坯经过9道次以上轧制，每道次压下量为10%，每道次间在350摄氏度保温30分钟，轧制成薄板，总压下量大于70%；
3）再结晶处理：将轧制后的试样置于加热炉中，在氩气保护下进行250–325摄氏度，90–150分钟的退火热处理，获得具有均匀弥散分布第二相和细晶组织的镁合金板材。
实施例6高体积分数第二相镁合金应力辅助相扩散轧制方法
1）应力辅助相扩散：将铸轧ATZ821镁合金坯料置入加热箱，在280摄氏度保温25分钟后进行3道次的预变形轧制，每道次压下量为5%；然后将预变形后的镁合金置于加热炉中，在氩气保护下加热至430摄氏度保温150分钟，热处理扩散第二相；
2）高温轧制：将步骤（1）热处理后的板坯经过7道次以上轧制，每道次压下量为8%，每道次间在330摄氏度保温20分钟，轧制成薄板，总压下量大于70%；
3）再结晶处理：将轧制后的试样置于加热炉中，在氩气保护下进行300–350摄氏度，15–90分钟的退火热处理，获得具有均匀弥散分布第二相和细晶组织的镁合金板材。
实施例7高体积分数第二相镁合金应力辅助相扩散轧制方法
将铸轧AZ31、AZ61、AZ91、AT82、ATZ421、ATZ821等牌号镁合金，按照本发明内容进行轧制，均能获得宏观形貌良好的镁合金板材，主要制备参数见表1。经过参数优化后，制备的ATZ421镁合金在室温下抗拉强度、屈服强度和拉伸应变分别可达300 MPa、209 MPa和25%，具有室温高强韧性。
表1 实施例七的主要制备参数
Claims (10)
1.一种高体积分数第二相镁合金的预变形辅助热处理及轧制方法，它包括：
（1）应力辅助相扩散：铸轧镁合金坯料在200–350摄氏度保温5–45分钟后，进行1–3道次预变形轧制，每道次压下量为3–25%；预变形后镁合金置在惰性气体保护下加热至200–430摄氏度，保温30–300分钟，获得热处理扩散第二相的板坯；
（2）高温轧制：将步骤（1）所述的板坯经过7道次以上轧制，每道次压下量为2–30%，总下压量大于70%，每道次间在300–400摄氏度保温5–30分钟，轧制成薄板；
（3）再结晶处理：将步骤（2）所述的薄板在惰性气体保护下进行加热至200–375摄氏度，保温10–200分钟的退火热处理，获得具有均匀弥散分布第二相和细晶组织的镁合金板材。
2.根据权利要求1所述的一种高体积分数第二相镁合金的预变形辅助热处理及轧制方法，其特征在于：步骤（1）所述铸轧镁合金坯料在220–320摄氏度保温，所述每道次压下量为8–15%，所述的预变形后镁合金置于惰性气体保护下加热至300–425摄氏度，保温60–240分钟。
3.根据权利要求2所述的一种高体积分数第二相镁合金的预变形辅助热处理及轧制方法，其特征在于：步骤（2）所述每道次压下量为6–20%，所述每道次间在320–370摄氏度保温。
4.根据权利要求3所述的一种高体积分数第二相镁合金的预变形辅助热处理及轧制方法，其特征在于：步骤（3）所述的薄板在惰性气体保护下进行加热至250–350摄氏度，保温30–180分钟的退火热处理。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种高体积分数第二相镁合金的预变形辅助热处理及轧制方法，其特征在于：步骤（1）所述预变形轧制为单一方向轧制、两头交替轧制和\或90度调转轧制。
6.根据权利要求5所述的一种高体积分数第二相镁合金的预变形辅助热处理及轧制方法，其特征在于：所述的铸轧镁合金坯料包括AZ31、AZ61、AZ91、AT82、ATZ421或ATZ821镁合金。
7.高体积分数第二相镁合金，其特征在于：它是采用权利要求1所述的方法制备的。
8.根据权利要求7高体积分数第二相镁合金，其特征在于：基体晶粒小于20微米。
9.根据权利要求8所述的高体积分数第二相镁合金，其特征在于：基体晶粒小于10微米。
10.根据权利要求9所述的高体积分数第二相镁合金，其特征在于：基体晶粒小于5微米。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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