CN109852912B - 一种提高镁合金抗蠕变性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提高镁合金抗蠕变性能的方法，属于工业用镁合金范畴。该方法包括：(1)首先对镁合金型材进行冷变形处理或者温变形处理，变形处理方法包括锻造、轧制或者拉拔，同时在镁合金型材表面形成坑点或者划痕；(2)对经过处理的镁合金型材表面进行喷丸处理，喷丸处理过程包括第一次喷丸和第二次喷丸，第一次喷丸采用钢质弹丸，第二次喷丸采用玻璃材质弹丸，直至试样表面光洁。本发明利用增加材料表面压应力的方法提高材料的抗蠕变性能，具有操作简单，方法可行的优点。本发明方法还可以用于铝合金、钛合金、铜合金以及其他有色金属，提高合金的抗蠕变性能。
Description
技术领域
本发明主要涉及变形镁合金，具体涉及一种提高镁合金抗蠕变性能的方法，属于工业用镁合金范畴。
背景技术
我国是纯镁的生产大国，正在向镁合金强国迈进。目前主要的镁合金产品是铸造镁合金，由于其本征性能过低，不能作为大型高承力构件使用，限制了镁合金产品的进一步应用，生产出的产品附加值过低，不能给镁合金企业带来丰厚的利润，直接导致资本市场轻视镁合金产业，迄今为止，我国仍没有一家以镁合金为主要产品的国有大型加工企业。近年来，随着镁合金的新的性能被开发利用，相关概念获得市场追捧，但作为结构材料来讲，其本征性能较低依然没有获得革命性改变。相比铸造镁合金而言，变形镁合金具有更加优异的综合性能，是未来扩大镁合金应用的有效途径之一，因此应用的场合也可以比铸造镁合金更加广泛，特别是在某些复杂服役环境中可以获得应用，当其作为某些承力构件长时服役时，在环境温度作用下，材料会发生缓慢变形，这些变形属于永久性不可逆转性变形，即材料发生了蠕变。发生了蠕变的材料如果继续服役，将严重影响装备的使用精度和运行寿命，显著增大装备发生故障的概率，甚至会发生灾难性破坏。因此，为了能够保证装备的使用寿命，需要提高选用镁合金材料的抗环境变化的能力，即提高合金的抗蠕变性能。
目前，为了能够提高镁合金蠕变性能，常见的做法是采用合金化的方法，增大蠕变行为发生的难度，比如抑制晶界移动、位错滑移或者空位的移动等，其物理本质就是在于减少缺陷的可动机制，所以，如何在变形镁合金中实现该目标，一直以来就是大家关注的焦点，其原因在于变形镁合金晶粒尺寸相对较小，蠕变扩散能力较强，合金发生变形的概率显著增加。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明希望能够在不增加变形镁合金密度的前提下，提供一种有效增加合金抗蠕变能力的方法，为进一步扩大镁合金应用提供有效保证。为此，本发明提供了一种工业设计方案，经过一定工艺处理后，可以提高合金的抗蠕变能力。
一种提高镁合金抗蠕变性能的方法，包括如下步骤：
(1)首先对镁合金型材进行冷变形处理或者温变形处理，变形处理方法包括锻造、轧制或者拉拔处理等，同时在镁合金型材表面形成坑点或者划痕；
(2)表面处理：对经过处理的镁合金型材表面进行喷丸处理，喷丸处理过程包括第一次喷丸和第二次喷丸，第一次喷丸采用钢质弹丸，第二次喷丸采用玻璃材质弹丸，直至试样表面光洁。
步骤(1)中，所述的镁合金型材具体可以包括板材、棒材以及具有等截面的挤压材，最小厚度或直径尺寸大于等于2mm；所述的镁合金可以是变形镁合金。
对于锻造处理方法，在镁合金型材表面增加辅助砧板，砧板上设置钢针；对于轧制处理方法，在镁合金型材表面增加辅助衬板，衬板上设置钢针；对于拉拔处理方法，在拉拔模具上设置垂直的钢针，进而在试样表面形成微划痕。辅助砧板、辅助衬板和模具上设置密集排列的钢针，钢针间距0.3mm～1.5mm，钢针直径为0.35mm～5mm。这些钢针直接作用于型材表面，形成密集的小坑点或者划痕，起到增加局部变形的作用。
变形处理温度范围为室温(25℃)～150℃之间，真应变变形量在0.002～0.2之间。
步骤(2)中，所述喷丸处理过程中，选用的喷丸粒度在5～60目之间；第一次喷丸选用钢质弹丸，喷射速度在1～50m/s之间，喷射角度(与试样水平面的法线夹角)在15～80°之间，喷射时间在3～300分钟之间，喷射前，弹丸温度为室温(25℃)～150℃之间的任意温度；第二次喷丸，采用的是玻璃材质弹丸，喷丸目数等于或者大于钢质弹丸，喷射速度小于第一次喷丸的喷射速度，喷射时间少于第一次喷丸的喷射时间，但喷射角度与第一次喷丸相同，玻璃材质弹丸不加热，为常温。
本发明提高镁合金抗蠕变性能的方法在铝合金、钛合金、铜合金以及其他有色金属中的应用。本发明方法可以用于铝合金、钛合金、铜合金以及其他有色金属，利用形成较强的织构以及表面应力，提高合金的抗蠕变性能。
本发明的优点：
本发明利用增加材料表面压应力的方法提高材料的抗蠕变性能，具有操作简单，方法可行的优点，另外，在进行前期变形过程中，由于温度较低，镁合金变形的有效变形机制仅有基面滑移，位错在基面运动过程中形成较强的塞积，可以形成较强的基面织构，限制了位错的进一步运动，起到了抑制合金发生蠕变的效果，因此合金的抗蠕变性能有所提高。另外，该方法同样适用于铝合金、钛合金、铜合金以及其他有色金属，利用形成较强的织构以及表面应力，可以提高合金的抗蠕变性能。
附图说明
图1为锻造辅助砧板或轧制辅助衬板的示意图。
图2为拉拔辅助模具示意图。
具体实施方式
本发明提高镁合金抗蠕变性能的方法中，对于变形镁合金型材，具体可以包括板材、棒材以及具有等截面的挤压材，最小厚度或直径尺寸大于等于2mm。
首先需要进行冷变形处理或者温变形处理，方法包括锻造、轧制或者拉拔，变形温度范围为室温～150℃之间，真应变变形量要控制在0.002～0.2之间。对于锻造的方法，需要在样品表面附加辅助砧板，砧板的形貌如图1所示，其具体是由密集排列的钢针组成；如果是轧制，则需要增加辅助衬板，其形状与辅助砧板相似；如果是拉拔，则需要在模具上增加垂直的钢针，如图2所示，进而在试样表面形成微划痕；钢针间距0.3mm～1.5mm，直径为0.35mm～5mm。这些钢针直接作用于型材表面，形成密集的小坑点或者划痕，起到增加局部变形的作用。
然后，将经过处理的试样进行表面处理，具体方法为将试样表面进行喷丸处理，直至样品表面光洁，喷丸处理过程中，选用的喷丸粒度在5～60目之间，第一次喷丸选用钢质弹丸，喷射速度保证在1～50m/s之间，喷射角度(与试样水平面的法线夹角)在15～80°之间，喷射时间在3～300分钟之间，喷射前，弹丸温度可以为室温～150℃之间的任意温度。第二次喷丸，采用的是玻璃材质弹丸，目数等于或者大于钢质弹丸，即玻璃材质弹丸的粒径等于或者小于钢质弹丸的粒径，喷射速度小于钢质第一次喷射速度，时间较第一次缩短，但喷射角度应与第一次一致，弹丸不加热。
实施例1：尺寸为2mm×200mm×500mm的AZ80镁合金板材
首先将待处理的镁合金型材进行冷变形处理，方法为轧制，变形温度为室温(25℃)，真应变变形量为0.002。轧制过程增加辅助衬板，衬板形貌如图1所示。然后，将经过轧制的板材进行喷丸处理，直至样品表面光洁，喷丸处理过程中，选用的喷丸粒度为60目，第一次喷丸选用钢质弹丸，喷射速度保证在10m/s，喷射角度(与试样水平面的法线夹角)在15°左右，喷射时间5分钟，喷射前，弹丸温度为120℃。第二次喷丸，采用的是玻璃材质弹丸，目数等于钢质弹丸，喷射速度8m/s，时间3分钟，喷射角度应与第一次一致，弹丸不加热。
实施例2：直径为Φ40mm的ZK60镁合金棒材
首先将待处理的镁合金型材进行冷变形处理，方法为拉拔，拉拔温度为室温(25℃)，真应变变形量为0.01。拉拔时在模具上增加垂直的钢针，如图2所示，这些钢针直接作用于棒材表面，形成密集的微划痕，起到增加局部变形的作用。然后，将经过拉拔的棒材进行喷丸处理，直至表面光洁，喷丸处理过程中，选用的喷丸粒度为45目，第一次喷丸选用钢质弹丸，喷射速度保证在15m/s，喷射角度(与试样水平面的法线夹角)在30°左右，喷射时间在10分钟，喷射前，弹丸温度为100℃。第二次喷丸，采用的是玻璃材质弹丸，目数等于钢质弹丸，喷射速度10m/s，时间5分钟，喷射角度应与第一次一致，弹丸不加热。
实施例3：尺寸为20mm×500mm×1000mm的VW75镁合金板材
首先将待处理的镁合金型材进行冷变形处理，方法为轧制，变形温度为150℃，真应变变形量为0.01。轧制过程增加辅助衬板，衬板形貌如图1所示。然后，将经过轧制的板材进行喷丸处理，直至样品表面光洁，喷丸处理过程中，选用的喷丸粒度为45目，第一次喷丸选用钢质弹丸，喷射速度保证在15m/s，喷射角度(与试样水平面的法线夹角)在20°左右，喷射时间15分钟，喷射前，弹丸温度为125℃。第二次喷丸，采用的是玻璃材质弹丸，目数等于钢质弹丸，喷射速度10m/s，时间12分钟，喷射角度应与第一次一致，弹丸不加热。
实施例4：尺寸为50mm×300mm×500mm的WE54镁合金板材
首先将待处理的镁合金型材进行冷变形处理，方法为轧制，变形温度为120℃，真应变变形量为0.05。轧制过程增加辅助衬板，衬板形貌如图1所示。然后，将经过轧制的板材进行喷丸处理，直至样品表面光洁，喷丸处理过程中，选用的喷丸粒度为30目，第一次喷丸选用钢质弹丸，喷射速度保证在10m/s，喷射角度(与试样水平面的法线夹角)在45°左右，喷射时间为20分钟，喷射前，弹丸温度为125℃。第二次喷丸，采用的是玻璃材质弹丸，目数为50目，喷射速度8m/s，时间10分钟，喷射角度应与第一次一致，弹丸不加热。
实施例5：直径为Φ100mm的AZ40镁合金棒材
首先将待处理的镁合金型材进行冷变形处理，方法为拉拔，拉拔温度为120℃，真应变变形量为0.02。拉拔时在模具上增加垂直的钢针，如图2所示，这些钢针直接作用于棒材表面，形成密集的微划痕，起到增加局部变形的作用。然后，将经过拉拔的棒材进行喷丸处理，直至表面光洁，喷丸处理过程中，选用的喷丸粒度为40目，第一次喷丸选用钢质弹丸，喷射速度保证在10m/s，喷射角度(与试样水平面的法线夹角)在30°左右，喷射时间为15分钟，喷射前，弹丸温度为100℃。第二次喷丸，采用的是玻璃材质弹丸，目数为60目，喷射速度5m/s，时间10分钟，喷射角度应与第一次一致，弹丸不加热。
实施例6：尺寸为240mm×150mm×500mm的AE42镁合金板材
首先将待处理的镁合金型材进行冷变形处理，方法为锻造，锻造温度为室温(25℃)，真应变变形量为0.05。锻造时需要在样品表面附加辅助砧板，砧板的形貌如图1所示，其表面由密集排列的钢针组成，这些钢针直接作用于板材表面，形成密集的小坑点，起到增加局部变形的作用。然后，将经过锻造处理的板材进行表面处理，具体方法为将试样表面进行喷丸处理，直至样品表面光洁，喷丸处理过程中，选用的喷丸粒度为30目，第一次喷丸选用钢质弹丸，喷射速度保证在20m/s，喷射角度(与试样水平面的法线夹角)在60°左右，喷射时间为20分钟，喷射前，弹丸温度为130℃。第二次喷丸，采用的是玻璃材质弹丸，目数为40目，喷射速度15m/s，时间10分钟，但喷射角度应与第一次一致，弹丸不加热。
实施例7：直径为Φ150mm的AZ31镁合金棒材
首先将待处理的镁合金型材进行冷变形处理，方法为拉拔，拉拔温度为室温(25℃)，真应变变形量为0.05。拉拔时在模具上增加垂直的钢针，如图2所示，这些钢针直接作用于棒材表面，形成密集的微划痕，起到增加局部变形的作用。然后，将经过拉拔的棒材进行喷丸处理，直至表面光洁，喷丸处理过程中，选用的喷丸粒度为30目，第一次喷丸选用钢质弹丸，喷射速度保证在20m/s，喷射角度(与试样水平面的法线夹角)在45°左右，喷射时间为10分钟，喷射前，弹丸温度为125℃。第二次喷丸，采用的是玻璃材质弹丸，目数等于钢质弹丸，喷射速度15m/s，时间5分钟，喷射角度应与第一次一致，弹丸不加热。
实施例8：尺寸为30mm×500mm×800mm的AM60镁合金板材
首先将待处理的镁合金型材进行冷变形处理，方法为轧制，变形温度为70℃，真应变变形量为0.02。轧制过程增加辅助衬板，衬板形貌如图1所示。然后，将经过轧制的板材进行喷丸处理，直至样品表面光洁，喷丸处理过程中，选用的喷丸粒度为40目，第一次喷丸选用钢质弹丸，喷射速度保证在20m/s，喷射角度(与试样水平面的法线夹角)在60°左右，喷射时间为10分钟，喷射前，弹丸温度为140℃。第二次喷丸，采用的是玻璃材质弹丸，目数等于钢质弹丸，喷射速度15m/s，时间8分钟，喷射角度应与第一次一致，弹丸不加热。
实施例9：直径为Φ2mm的AZ31镁合金丝材
首先将待处理的镁合金型材进行温变形处理，方法为拉拔，变形温度为90℃，真应变变形量为0.002。拉拔时需要在模具上增加垂直的钢针，如图2所示，进而在试样表面形成微划痕，这些钢针直接作用于丝材表面，形成密集的微划痕，起到增加局部变形的作用。然后，将经过拉拔的丝材进行喷丸处理，直至表面光洁，喷丸处理过程中，选用的喷丸粒度为60目，第一次喷丸选用钢质弹丸，喷射速度保证10m/s，喷射角度(与试样水平面的法线夹角)在45°左右，喷射时间为10分钟，喷射前，弹丸温度为100℃。第二次喷丸，采用的是玻璃材质弹丸，目数等于钢质弹丸，喷射速度8m/s，时间5分钟，喷射角度应与第一次一致，弹丸不加热。
实施例10：直径为Φ25mm的VW75镁合金棒材
首先将待处理的镁合金型材进行冷变形处理，方法为拉拔，拉拔温度为150℃，真应变变形量为0.01。拉拔时在模具上增加垂直的钢针，如图2所示，这些钢针直接作用于棒材表面，形成密集的微划痕，起到增加局部变形的作用。然后，将经过拉拔的棒材进行喷丸处理，直至表面光洁，喷丸处理过程中，选用的喷丸粒度为45目，第一次喷丸选用钢质弹丸，喷射速度保证在10m/s，喷射角度(与试样水平面的法线夹角)在15°左右，喷射时间为10分钟，喷射前，弹丸温度为140℃。第二次喷丸，采用的是玻璃材质弹丸，目数为60目，喷射速度8m/s，时间8分钟，喷射角度应与第一次一致，弹丸不加热。
实施效果：
将经过实施例1-10方法处理过的镁合金型材进行测试，测试设备为RD-50型蠕变试验机，测试温度为100～300℃之间，应力在70～150MPa之间(不同合金状态不一样)。
表1经过本发明方法处理后镁合金与处理前的镁合金相比抗蠕变性能的变化
| 实施例 | 稳态蠕变速率下降比例(％) |
| 1 | 10 |
| 2 | 13 |
| 3 | 15 |
| 4 | 20 |
| 5 | 16 |
| 6 | 14 |
| 7 | 15 |
| 8 | 17 |
| 9 | 20 |
| 10 | 18 |
本发明方法可以用于铝合金、钛合金、铜合金以及其他有色金属，同样可以达到提高合金抗蠕变性能的效果。
Claims (8)
1.一种提高镁合金抗蠕变性能的方法，包括如下步骤：
(1)首先对镁合金型材进行冷变形处理或者温变形处理，变形处理方法包括锻造、轧制或者拉拔，同时在镁合金型材表面形成坑点或者划痕；锻造时，在镁合金型材表面增加辅助砧板，砧板上设置钢针；轧制时，在镁合金型材表面增加辅助衬板，衬板上设置钢针；拉拔时，在拉拔模具上设置垂直的钢针；所述的辅助砧板、辅助衬板和模具上设置密集排列的钢针，所述钢针的间距0.3mm～1.5mm，直径为0.35mm～5mm；
(2)表面处理：对经过处理的镁合金型材表面进行喷丸处理，喷丸处理过程包括第一次喷丸和第二次喷丸，第一次喷丸采用钢质弹丸，第二次喷丸采用玻璃材质弹丸，直至试样表面光洁。
2.根据权利要求1所述的提高镁合金抗蠕变性能的方法，其特征在于：所述的镁合金型材包括板材、棒材以及具有等截面的挤压材。
3.根据权利要求2所述的提高镁合金抗蠕变性能的方法，其特征在于：所述的镁合金型材的最小厚度或直径尺寸≥2mm。
4.根据权利要求1所述的提高镁合金抗蠕变性能的方法，其特征在于：所述的冷变形处理或者温变形处理的温度为25℃～150℃，真应变变形量在0.002～0.2之间。
5.根据权利要求1所述的提高镁合金抗蠕变性能的方法，其特征在于：所述喷丸处理过程中，采用的喷丸粒度为5～60目。
6.根据权利要求5所述的提高镁合金抗蠕变性能的方法，其特征在于：玻璃材质弹丸的目数等于或者大于钢质弹丸的目数。
7.根据权利要求6所述的提高镁合金抗蠕变性能的方法，其特征在于：第一次喷丸采用钢质弹丸，喷射速度为1～50m/s，喷射角度为15～80°，喷射时间为3～300分钟，喷射前，弹丸温度为25℃～150℃；第二次喷丸采用玻璃材质弹丸，喷射速度小于第一次喷丸的喷射速度，喷射时间少于第一次喷丸的喷射时间，喷射角度与第一次喷丸相同，弹丸不加热。
8.权利要求1-7中任一项所述的提高镁合金抗蠕变性能的方法在铝合金、钛合金、铜合金以及其他有色金属中的应用。
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