CN110129694B - 一种提高镁合金板材强度和成形性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高镁合金板材强度和成形性能的方法，包括以下步骤：提供镁合金板材，将镁合金板材沿厚度方向进行压缩变形，将压缩变形后的镁合金板材再结晶退火，将再结晶退火后的镁合金板材沿前述压缩方向进行拉伸变形，将再次变形后的镁合金板材进行回复或不完全再结晶退火。上述提高镁合金板材强度和成形性能的方法，加工出的镁合金板材兼具织构弱化和孪晶界细化的特征，从而实现强度和成形性能的同时提升。

Description

一种提高镁合金板材强度和成形性能的方法

技术领域

本发明涉及镁合金加工技术领域，具体涉及一种提高镁合金板材强度和成形性能的方法。

背景技术

传统技术制备的镁合金板材常常具有强的基面织构(织构的c轴平行于板材的法向)和粗大的晶粒。因此，表现出低的强度和差的冲压成形性能。镁合金板材的冲压成形性能与织构是密切相关的。目前，大量的研究通过弱化或者改变基面织构来提升镁合金板材的成形性能。然而，基面织构的弱化常常伴随着平面拉伸强度的降低。综上所述，如何同时提升镁合金板材的强度和冲压成形性能，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

基于此，有必要针对传统的提高镁合金板材成形性能的方法，基面织构的弱化常常伴随着平面拉伸强度的降低的问题，提供一种提高镁合金板材强度和成形性能的方法。

一种提高镁合金板材强度和成形性能的方法，包括以下步骤：

提供镁合金板材；

将所述镁合金板材沿厚度方向进行压缩变形；

将压缩变形后的所述镁合金板材再结晶退火；

将再结晶退火后的所述镁合金板材沿前述压缩方向进行拉伸变形；

将再次变形后的所述镁合金板材进行回复或不完全再结晶退火。

在其中一个实施例中，所述提供镁合金板材的步骤具体为：

轧制或挤压得到镁合金板材。

在其中一个实施例中，将所述镁合金板材沿厚度方向进行压缩变形的步骤具体为：

在室温及预设变形速度下对所述镁合金板材沿板材横向、轧制方向或挤压方向进行压缩变形。

在其中一个实施例中，所述镁合金板材压缩变形中，预设压缩应变速率为0.0001s^-1-1s^-1，预设应变量为5％-10％。

在其中一个实施例中，将压缩变形后的所述镁合金板材再结晶退火的步骤具体为：

将所述镁合金板材加热至200℃-500℃，并保温0.5h-3h。

在其中一个实施例中，所述镁合金板材拉伸变形中，预设应变速率为0.0001s^-1-10000s^-1，预设应变量为1％-10％。

在其中一个实施例中，将再次变形后的所述镁合金板材进行回复或不完全再结晶退火的步骤具体为：

将再次变形后的所述镁合金板材加热至100℃-300℃，并保温10min-6h。

上述提高镁合金板材强度和成形性能的方法，对具有基面织构的镁合金板材进行沿厚度方向的压缩变形，使镁合金板材发生完全的孪晶化，进而形成c轴平行于压缩方向的织构组分。对压缩变形的板材进行再结晶退火，保留变形织构并获得再结晶组织。对退火后的镁合金板材，沿前述压缩方向进行拉伸变形，从而实现沿织构c轴的拉伸来激活多重孪晶变体。最后对样品进行回复或不完全再结晶退火，获得具有多重孪晶变体结构的镁合金板材。该板材兼具织构弱化和孪晶界细化的特征，从而实现强度和成形性能的同时提升。

附图说明

图1为一实施方式中提高镁合金板材强度和成形性能的方法的流程图；

图2为原始板材、压缩以及拉伸后板材的微观组织对比图；

图3为原始板材、压缩以及拉伸后板材的晶粒取向分布图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此发明不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

请参阅图1，一实施方式中的提高镁合金板材强度和成形性能的方法，该方法具体包括以下步骤：

步骤S110：提供镁合金板材。

具体地，镁合金板材可以通过挤压或者轧制得到。镁合金选择AZ31镁合金，AZ31镁合金主要应用于3C产品外壳和车辆外壳等，镁合金的各组分质量百分比为：Al-3％、Zn-1％、Mn-0.3％、Mg-95.7％。

步骤S120：将镁合金板材沿厚度方向进行压缩变形。

具体地，众所周知，{10-12}孪生变形可以引起织构发生一个大的旋转(～86.3°)。对于具有基面织构的板材，沿厚度方向的压缩是产生{10-12}孪晶的可行方法。垂直于板材厚度方向的压缩会形成单一的孪晶取向，即具有c轴平行于压缩方向的孪晶织构。这种孪晶织构的产生可有效地提升镁合金板材的冲压成形性能，然而同时也极大地降低镁合金板材的拉伸屈服强度且引入大的平面各向异性。

本实施方式中，镁合金板材压缩变形时，应在室温下进行。板材压缩变形的方向可以为板材横向、轧制方向或挤压方向。在镁合金板材压缩变形中，预设压缩应变速率为0.0001s^-1-1s^-1，预设应变量为5％-10％。

步骤S130：将压缩变形后的镁合金板材再结晶退火。

具体地，对压缩变形的板材进行再结晶退火，能够保留变形织构并获得再结晶组织。本实施方式中，将镁合金板材加热至200℃-500℃，并保温0.5h-3h，从而实现再结晶退火。

步骤S140：将再结晶退火后的镁合金板材沿前述压缩方向进行拉伸变形。

具体地，对退火后的镁合金板材，沿前述压缩方向进行拉伸变形，从而实现沿织构c轴的拉伸来激活多重孪晶变体。多重孪晶变体的激活可以在晶粒内部产生交叉的孪晶片层，与垂直于晶粒c轴压缩产生的平行孪晶片层相比，交叉的孪晶片层具有更好的细晶强化作用，进而实现镁合金板材强度的提升。

本实施方式中，镁合金板材进行拉伸变形时，也是在室温下进行，镁合金板材拉伸的方向与前述镁合金板材压缩的方向在同一直线上。在镁合金板材拉伸变形中，预设应变速率为0.0001s^-1-10000s^-1，预设应变量为1％-10％。

步骤S150：将再次变形后的镁合金板材进行回复或不完全再结晶退火。

具体地，对样品进行回复或不完全再结晶退火，获得具有多重孪晶变体结构的镁合金板材。该板材兼具织构弱化和孪晶界细化的特征。从而实现强度和成形性能的同时提升。本实施方式中，将再次变形后的所述镁合金板材加热至100℃-300℃，并保温10min-6h，从而实现对再次变形后的镁合金板材进行回复或不完全再结晶退火。

上述提高镁合金板材强度和成形性能的方法，对具有基面织构的镁合金板材进行沿厚度方向的压缩变形，使镁合金板材发生完全的孪晶化，进而形成c轴平行于压缩方向的织构组分。对压缩变形的板材进行再结晶退火，保留变形织构并获得再结晶组织。对退火后的镁合金板材，沿前述压缩方向进行拉伸变形，从而实现沿织构c轴的拉伸来激活多重孪晶变体。最后对样品进行回复或不完全再结晶退火，获得具有多重孪晶变体结构的镁合金板材。该板材兼具织构弱化和孪晶界细化的特征，从而实现强度和成形性能的同时提升。

以下通过实验来具体论证说明。

实验过程：

(1)选取AZ31镁合金轧制成镁合金板材，镁合金板材的厚度为1mm，该镁合金的各组分质量百分比为：Al-3％、Zn-1％、Mn-0.3％、Mg-95.7％。

(2)将AZ31轧制板材在室温下沿板材轧制方向进行8％的压缩变形。

(3)将镁合金板材进行再结晶退火处理。

(4)将镁合金板材沿RD方向拉伸变形6％。

(5)最后将镁合金板材进行回复退火处理。

实验结果：

如图2和图3所示，图2(a)和图3(a)中表示的轧制退火后的原始板材，经压缩变形和再结晶退火后，如图2(b)和图3(b)所示，压缩变形引入了大量的{10-12}孪晶，且引起织构的c轴转到轧制方向(RD)，经过再结晶退火处理，获得了具有c-axis//RD织构的再结晶组织。随后拉伸变形和回复退火处理后，如图2(c)和图3(c)所示，拉伸变形在每个晶粒中引入了大量交叉分布的多重孪晶变体，回复退火消除了部分位错，并保留了孪晶结构和织构。

另外，分别对原始板材和经过上述方法得到的板材进行力学实验，结果如图下表所示：

试样	抗拉强度(MPa)	屈服强度(MPa)	延伸率	杯突(mm)
					原始试样	310	166	17％	2.9
加工后试样	430	168	24％	7.3

由上表可知，加工后的试样与原始试样相比，杯突值明显增大，延伸率增加，说明变形后试样的冲压性能明显提高，抗拉强度和屈服强度增大，说明变形后试样强度明显提高。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种提高镁合金板材强度和成形性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供AZ31镁合金板材；

将所述镁合金板材沿厚度方向进行压缩变形，所述镁合金板材压缩变形中，预设压缩应变速率为0.0001 s^-1-1 s^-1，预设应变量为5%-10%；

将压缩变形后的所述镁合金板材再结晶退火；

将再结晶退火后的所述镁合金板材沿前述压缩方向进行拉伸变形，实现沿织构c轴的拉伸来激活多重孪晶变体，所述镁合金板材拉伸变形中，预设应变速率为0.0001 s^-1-10000s^-1，预设应变量为1%-10%；

将再次变形后的所述镁合金板材进行回复或不完全再结晶退火。

2.根据权利要求1所述的提高镁合金板材强度和成形性能的方法，其特征在于，所述提供镁合金板材的步骤具体为：

轧制或挤压得到镁合金板材。

3.根据权利要求1所述的提高镁合金板材强度和成形性能的方法，其特征在于，将所述镁合金板材沿厚度方向进行压缩变形的步骤具体为：

在室温及预设变形速度下对所述镁合金板材沿板材横向、轧制方向或挤压方向进行压缩变形。

4.根据权利要求1所述的提高镁合金板材强度和成形性能的方法，其特征在于，将压缩变形后的所述镁合金板材再结晶退火的步骤具体为：

将所述镁合金板材加热至200℃-500℃，并保温0.5h-3h。

5.根据权利要求1所述的提高镁合金板材强度和成形性能的方法，其特征在于，将再次变形后的所述镁合金板材进行回复或不完全再结晶退火的步骤具体为：

将再次变形后的所述镁合金板材加热至100℃-300℃，并保温10min-6h。

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