CN110016627A - 一种在宽幅镁合金板材中预置拉伸孪晶的方法 - Google Patents

Abstract

一种在宽幅镁合金板材中预置拉伸孪晶的方法，属于有色金属材料塑性变形及应用的技术领域，可解决宽幅镁合金板材中预置拉伸孪晶容易出现失稳甚至断裂的问题，本发明借助宽幅镁合金轧板中较强的基面织构，采用定距微弯法对其进行横向压缩，在保证板材不失稳的前提下预置高体积分数的拉伸孪晶，最终同步提高板材的强度和塑性。本发明是一种先进的在宽幅镁合金板材中预置拉伸孪晶、最终提高板材强度和塑性的方法。

Description

一种在宽幅镁合金板材中预置拉伸孪晶的方法

技术领域

本发明属于有色金属材料塑性变形及应用的技术领域，具体涉及一种在宽幅镁合金板材中预置拉伸孪晶、最终提高板材强度和塑性的方法。

背景技术

镁合金室温下强度低、塑性差，是限制其结构件广泛应用的关键问题。对镁合金板材进行横向压缩来预置拉伸孪晶，可借助拉伸孪晶在细化晶粒、弱化织构和协调变形方面的作用提高镁合金板材的强度和塑性。

目前，在镁合金板材中预置拉伸孪晶主要有预轧和预压两种方法。然而，预轧和预压变形，仅适用于块体镁合金和小宽厚比的镁合金板材。宽幅镁合金板材具有较大的宽厚比，在横向压缩过程中容易出现失稳甚至断裂，还没有一种能在宽幅镁合金板中高效预置拉伸孪晶的方法。

发明内容

本发明针对宽幅镁合金板材中预置拉伸孪晶容易出现失稳甚至断裂的问题，提高一种在宽幅镁合金板材中预置拉伸孪晶的方法，本发明借助宽幅镁合金轧板中较强的基面织构，采用定距微弯法对其进行横向压缩，在保证板材不失稳的前提下预置高体积分数的拉伸孪晶，最终同步提高板材的强度和塑性。

本发明采用如下技术方案：

一种在宽幅镁合金板材中预置拉伸孪晶的方法，包括如下步骤：

第一步，将镁合金板材放置在弹簧钢模具的矩形型腔中，其中，矩形型腔的尺寸与镁合金板材的尺寸相同；

第二步，将弹簧钢压板放在镁合金板材的正上方，对准弹簧钢模具中心施压使其发生定距微弯变形，使型腔内的镁合金板材发生整体横向压缩变形；

第三步，卸载，弹簧钢模具恢复原状，去掉压板，取出定距微弯变形后的宽幅镁合金板材。

进一步地，一种在宽幅镁合金板材中预置拉伸孪晶的方法，包括如下步骤：

第一步，预处理宽幅镁合金板材

（1）切制镁合金板材，设定板材的轧制方向为RD，尺寸为50mm，板材的横向为TD，尺寸为100mm，板材的法线方向为ND，尺寸为2.5mm；

（2）打磨，将切制的镁合金板材的各个表面打磨平整；

第二步，制备弹簧钢模具

弹簧钢模具为65Mn材料制作，模具型腔为矩形，尺寸为100mm×50mm×2.5mm，型腔的表面粗糙度Ra为0.08~0.16μm，压板用65Mn材料制作，形状为矩形，尺寸为120mm×50mm×4mm；

第三步，宽幅镁合金板材的定距微弯变形

（1）将宽幅镁合金板材置于弹簧钢模具的矩形型腔中，保证宽幅镁合金板材的RD×ND平面与模具的矩形型腔的内壁紧密贴靠后，将压板放置在型腔正上方；

（2）将压力机的上部压块垂直对准弹簧钢模具中心，开启压力电机对其施压使弹簧钢模具发生微小弯曲，施压压强1 MPa，保压时间2 min。此时，型腔内的镁合金板材被迫发生整体横向压缩变形；

（3）卸载压力，弹簧钢模具自动恢复平直状态，取出矩形型腔内的宽幅镁合金板材；

第四步，镁合金板材组织性能测试

（1）利用电子背散射衍射（EBSD）技术对变形后的宽幅镁合金板材中的拉伸孪晶进行表征；

（2）利用单向拉伸试验对变形后的宽幅镁合金板材进行强度和塑性测试。

本发明的有益效果如下：

本发明与背景技术相比具有明显的先进性，是针对宽幅镁合金板材预置拉伸孪晶难的问题，将镁合金板材放置在具有矩形型腔的弹簧钢模具中，在模具发生微小弯曲变形时，镁合金板材被迫发生整体横向压缩，达到预置拉伸孪晶的目的；同时，借助镁合金轧板较强的初始基面织构，能够在宽幅镁合金板材中预置高体积分数的拉伸孪晶，充分发挥其在晶粒细化、织构弱化和协调变形的作用，最终同步提高宽幅镁合金板材的强度和塑性，此方法工艺简单可靠，数据精确翔实，产物性能好，是一种先进的在宽幅镁合金板材中预置拉伸孪晶、最终提高板材强度和塑性的方法。

附图说明

图1为本发明的过程及原理图；

图2为宽幅镁合金板材变形前后微观组织结构图；

图3为宽幅镁合金板材变形前后力学性能对比图；

其中：1-宽幅镁合金板材；2-弹簧钢模具；3-弹簧钢压板。

具体实施方式

结合附图，对本发明做进一步说明。

如图1所示，为采用定距微弯法在宽幅镁合金板材预置拉伸孪晶的过程及原理图。首先，将初始宽度为w，厚度为t的宽幅镁合金板放置在弹簧钢模具的矩形型腔内(图1(a))，弹簧钢模具可以实现在一定的压力范围内加载时变形，卸载时恢复；随后压头对准模具中心施压，在弹簧钢模具发生微小弯曲的同时，矩形型腔内的宽幅镁合金板被迫发生横向压缩，横向缩短△w且厚度增加△t (图1(b))；卸载压力后，弹簧钢模具自动恢复原始形状和尺寸，取出横向压缩后的镁合金板材即可。由于板材具有较强的初始基面织构，即绝大多数镁合金晶粒c轴平行于板材法向ND (图1(c))，板材在随弹簧钢弯曲被迫产生横向压缩的过程中，大部分晶粒受到垂直于c轴的压缩应变，因此可在宽幅镁合金板材中预置高体积分数的拉伸孪晶(图1(d))。同时，借助变形过程中的动态再结晶进一步细化晶粒和弱化织构(图1(e))，同步提高宽幅镁合金板材的强度和塑性。

具体实施过程中，图1(a)中宽幅镁合金板材1为矩形，尺寸TD×RD×ND为100 mm×50 mm×2.5 mm。弹簧钢模具2中间部分为矩形型腔，尺寸为100 mm×50 mm×2.5 mm。矩形型腔正上方为弹簧钢压板，尺寸为120 mm×50 mm×4 mm。

图2 所示，为宽幅镁合金板材变形前后的微观组织结构图，其中晶界用黑色细线表示，拉伸孪晶界用黑色粗线表示。图2(a)所示，宽幅镁合金板材的原始晶粒尺寸粗大且不均匀， EBSD结果表明无拉伸孪晶界。此时，板材 (0002) 基面织构强度为18.19，如图2(c)所示。经定距微弯变形后，如图2(b)所示，镁合金板材中原始粗大晶粒被预置拉伸孪晶片层分割为较小的结构单元，部分晶粒通过动态再结晶得到明显细化，而且在细小的动态再结晶晶粒中依然存在拉伸孪晶。图2(d)所示，宽幅镁合金板材 (0002) 基面织构强度下降为8.97，相比原始板材降低了50%。

图3所示，为宽幅镁合金板材变形前后力学性能对比图。预置拉伸孪晶后宽幅镁合金板材在RD和TD两个方向的强度和塑性均高于原始板材，抗拉强度沿RD和TD分别提高25%和48%，伸长率分别提高33%和4%。可见，定距微弯法可以在宽幅镁合金板材中预置高体积分数的拉伸孪晶，并借助预置拉伸孪晶在对镁合金板材细化晶粒、弱化织构和协调变形方面的组织调控作用，最终同步提高宽幅镁合金板材的强度和塑性。

实施例

本实施例提供一种在宽幅镁合金板板材中预置拉伸孪晶的方法，包括下述步骤：

S1，将特定宽度的镁合金板材放置在弹簧钢模具的矩形型腔内；

S2，将弹簧钢压板放在镁合金板材正上方，对准弹簧钢模具中心施压使之发生微小弯曲变形，迫使型腔内的镁合金板材发生整体横向压缩变形；

S3，卸载，弹簧钢模具恢复原状，去掉压板，取出定距微弯变形后的宽幅镁合金板材。

具体地，步骤S1包括：弹簧钢模具矩形型腔的长度与镁合金板材TD尺寸相等，矩形型腔的宽度与镁合金板材RD尺寸相等，矩形型腔的深度与镁合金板材ND尺寸相等；

步骤S2包括；对弹簧钢模具中心进行施压使之发生微小弯曲变形，施压压强1 MPa，施压时间2 min。

本发明中所需压力机只要能够提供适当的施压压强和时间即可，故此处对压力机的结构不作具体要求。

Claims (2)

1.一种在宽幅镁合金板材中预置拉伸孪晶的方法，其特征在于：包括如下步骤：

第一步，将镁合金板材放置在弹簧钢模具的矩形型腔中，其中，矩形型腔的尺寸与镁合金板材的尺寸相同；

第二步，将弹簧钢压板放在镁合金板材的正上方，对准弹簧钢模具中心施压使其发生定距微弯变形，使型腔内的镁合金板材发生整体横向压缩变形；

第三步，卸载，弹簧钢模具恢复原状，去掉压板，取出定距微弯变形后的宽幅镁合金板材。

2.根据权利要求1所述的一种在宽幅镁合金板材中预置拉伸孪晶的方法，其特征在于：包括如下步骤：

第一步，预处理宽幅镁合金板材

（1）切制镁合金板材，设定板材的轧制方向为RD，尺寸为50mm，板材的横向为TD，尺寸为100mm，板材的法线方向为ND，尺寸为2.5mm；

（2）打磨，将切制的镁合金板材的各个表面打磨平整；

第二步，制备弹簧钢模具

弹簧钢模具为65Mn材料制作，模具型腔为矩形，尺寸为100mm×50mm×2.5mm，型腔的表面粗糙度Ra为0.08~0.16μm，压板用65Mn材料制作，形状为矩形，尺寸为120mm×50mm×4mm；

第三步，宽幅镁合金板材的定距微弯变形

（1）将宽幅镁合金板材置于弹簧钢模具的矩形型腔中，保证宽幅镁合金板材的RD×ND平面与模具的矩形型腔的内壁紧密贴靠后，将压板放置在型腔正上方；

（2）将压力机的上部压块垂直对准弹簧钢模具中心，开启压力电机对其施压使弹簧钢模具发生微小弯曲，施压压强1 MPa，保压时间2 min；

（3）卸载压力，弹簧钢模具自动恢复平直状态，取出矩形型腔内的宽幅镁合金板材；

第四步，镁合金板材组织性能测试

（1）利用电子背散射衍射技术对变形后的宽幅镁合金板材中的拉伸孪晶进行表征；

（2）利用单向拉伸试验对变形后的宽幅镁合金板材进行强度和塑性测试。