一种制备高性能镁合金板材的方法
技术领域
本发明涉及镁合金板材加工技术领域,具体涉及一种制备高性能镁合金板材的方法。
背景技术
随着汽车、轨道交通、航空航天产品等向低能耗方向发展,迫切需要高性能的轻量化材料。镁合金作为最轻的金属结构材料之一,具有高比强度、高比刚度、优良阻尼性能等优点,可以作为钢铁、铝合金等传统金属机构材料的重要补充,为轻量化需求迫切的领域提供重要的材料选择。
在金属结构材料中,塑性加工产品的比重占70%以上。变形镁合金板材和钢铁、铝合金变形产品一样,其开发应用对推广应用镁合金至关重要。但是,变形镁合金属于高轴比密排六方结构,塑性加工滑移系较少,在室温塑性成形时柱面和锥面滑移的临界剪切应力比基面滑移大很多,形成很强的基面织构,造成各向异性强和成形性差,进一步导致镁合金板材加工工序长,成品率低,综合成本很高。
发明内容
基于此,有必要针对传统的镁合金板材加工方法,会形成很强的基面织构,造成各向异性强和成形性差,成品率低,综合成本很高的问题,提供一种制备高性能镁合金板材的方法。
一种制备高性能镁合金板材的方法,包括以下步骤:
提供镁合金板材,且将镁合金板材进行均匀化退火;
将镁合金板材沿板材a方向预压变形,经第一次再结晶退火后,将镁合金板材沿板材b方向预压变形,其中板材b方向与板材a方向相垂直,然后将镁合金板材第二次再结晶退火;
将镁合金板材沿板材a方向预拉变形,经第三次再结晶退火后,将镁合金板材沿板材b方向预拉变形,然后将镁合金板材第四次再结晶退火。
在其中一个实施例中,所述提供镁合金板材的步骤具体为:
轧制或者挤压得到所述镁合金板材。
在其中一个实施例中,将镁合金板材均匀化退火的步骤具体为:
将镁合金板材在300-400℃下保温1-3小时。
在其中一个实施例中,将镁合金板材沿板材a方向预压变形的步骤具体为:
将镁合金板材沿板材a方向预压变形,变形量为1%-15%,应变速度为10-2-102mm/s。
在其中一个实施例中,将镁合金板材沿板材b方向预压变形的步骤具体为:
将镁合金板材沿板材b方向预压变形,变形量为1%-15%,应变速度为10-2-102mm/s。
在其中一个实施例中,将镁合金板材沿板材a方向预拉变形的步骤具体为:
将镁合金板材沿板材a方向预拉变形,变形量为3%-20%,应变速度为10-2-102mm/s。
在其中一个实施例中,将镁合金板材沿板材b方向预拉变形的步骤具体为:
将镁合金板材沿板材b方向预拉变形,变形量为3%-20%,应变速度为10-2-102mm/s。
在其中一个实施例中,镁合金板材的第一次再结晶退火、第二次再结晶退火和第三次再结晶退火的步骤相同,均是将镁合金板材在250-400℃下保温1-4小时,然后水冷。
在其中一个实施例中,镁合金板材第四次再结晶退火的步骤具体为:
将镁合金板材在250-450℃下保温2-5小时,然后水冷。
上述制备高性能镁合金板材的方法至少具有以下优点:
上述制备方法,将镁合金板材沿板材a方向预压和预拉变形,将镁合金板材沿板材b方向预压和预拉变形,通过耦合平面内拉、压变形模式,构建不同应变区,诱发产生不同梯度应变,在不同方向预变形时诱发孪生和晶粒转动实现取向调控,结合后续镁合金再结晶行为来调控镁合金在变形时晶粒择优取向和织构,弱化基面织构,提高镁合金板材室温成形性;另一方向调控晶粒取向,转变为硬取向,可提高镁合金板材强度。上述制备方法可以弱化基面织构,板材强度和成形性能较高,成品率较高,可以降低综合成本。
附图说明
图1为一实施方式中制备高性能镁合金板材的方法的流程图;
图2为一实施方式中镁合金板材的左视图;
图3为原始试样的晶粒示意图;
图4为加工后试样晶粒转动的示意图;
图5为试验一原始试样和加工后试样应力应变曲线对比图;
图6为试验二原始试样和加工后试样应力应变曲线对比图。
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1,一实施方式中制备高性能镁合金板材的方法,该方法具体包括以下步骤:
步骤S110:提供镁合金板材,且将镁合金板材进行均匀化退火。
具体地,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%。镁合金板材可以通过挤压或者轧制得到。镁合金板材加工得到后,将镁合金板材在300-400℃下保温1-3小时,以将镁合金板材进行均匀化退火,以去除前期塑性变形应力,使组织均匀化。
步骤S120:将镁合金板材沿板材a方向预压变形,经第一次再结晶退火后,将镁合金板材沿板材b方向预压变形,其中板材b方向与板材a方向相垂直,然后将镁合金板材第二次再结晶退火。
请一并参阅图2,具体地,将镁合金板材沿板材a方向预压变形,变形量为1%-15%,应变速度为10-2-102mm/s。将镁合金板材沿板材a方向预压变形可以调控晶粒转动,使其受力方向移动,与板材a方向成一定夹角,夹角大小取决于应变大小,即是应变速度越大,晶粒与板材a方向之间的夹角越大。本实施方式中,板材a方向即是板材的横向方向。
镁合金板材经预压变形后,将镁合金板材第一次再结晶退火,再结晶退火可以去除应力,使产生晶体缺陷地方发生再结晶。本实施方式中,将镁合金板材在250-400℃下保温1-4小时,然后水冷,以将镁合金板材再结晶退火,水冷可以确保晶粒均匀性及避免第二相产生。
将镁合金板材沿板材b方向预压变形,变形量为1%-15%,应变速度为10-2-102mm/s。将镁合金板材沿板材b方向预压变形,可以调控晶粒转动,使其受力方向移动,与b方向成一定夹角,夹角大小取决于应变大小,即是应变速度越大,晶粒与板材a方向之间的夹角越大,该步骤的主要目的增加晶粒转动的最大可能性,主要起到弱化织构效果。板材b方向与板材a方向相垂直,即是板材两次预压变形的表面不同,处于相邻的表面。本实施方式中,板材b方向即是板材的厚度方向。
镁合金板材经沿板材b方向预压变形后,将镁合金板材第二次再结晶退火,再结晶退火可以去除应力,使产生晶体缺陷地方发生再结晶。本实施方式中,将镁合金板材在250-400℃下保温1-4小时,然后水冷,以将镁合金板材再结晶退火,水冷可以确保晶粒均匀性及避免第二相产生。
步骤S130:将镁合金板材沿板材a方向预拉变形,经第三次再结晶退火后,将镁合金板材沿板材b方向预拉变形,然后将镁合金板材第四次再结晶退火。
具体地,将镁合金板材沿板材a方向预拉变形,变形量为3%-20%,应变速度为10-2-102mm/s。基于前面两种预压变形方式,改变了晶粒取向,同时也改变了临界剪切应力,然后将镁合金板材沿板材a方向预拉变形,可使晶粒发生大量的孪生变形,与前述预压变形构建不同取向的梯度应变区,调控晶粒c轴在塑性变形时晶粒转向,其主要目的增加晶粒转动的最大可能性。
镁合金板材经预拉变形后,将镁合金板材第三次再结晶退火,再结晶退火可以去除应力,使产生晶体缺陷地方发生再结晶。本实施方式中,将镁合金板材在250-400℃下保温1-4小时,然后水冷,以将镁合金板材再结晶退火,水冷可以确保晶粒均匀性及避免第二相产生。
将镁合金板材沿板材b方向预拉变形,变形量为3%-20%,应变速度为10-2-102mm/s。将镁合金板材沿板材b方向预拉变形,此次预拉变形能够最大程度使晶粒发生孪生变形,使晶粒取向转为硬取向,在保证一定成形性的前提同时提高其强度。
镁合金板材经两次预拉变形后,将镁合金板材第四次再结晶退火,再结晶退火可以去除应力,使产生晶体缺陷地方发生再结晶。本实施方式中,将镁合金板材在250-450℃下保温2-5小时,然后水冷,以将镁合金板材再结晶退火,水冷可以确保晶粒均匀性及避免第二相产生。
请参阅图3及图4,镁合金板材最初表现为强基面织构,通过平面交叉式不同应变模式,改变其临界剪切应力,使在塑性变形时晶粒发生不同位取向;通过不同方向、不同应变量,耦合多种压、拉模式下,构建不同的梯度应变,实现晶粒转动择优控制,制备高性能镁合金板材。
上述制备高性能镁合金板材的方法,将镁合金板材沿板材a方向预压和预拉变形,将镁合金板材沿板材b方向预压和预拉变形,通过耦合平面内拉、压变形模式,构建不同应变区,诱发产生不同梯度应变,在不同方向预变形时诱发孪生和晶粒转动实现取向调控,结合后续镁合金再结晶行为来调控镁合金在变形时晶粒择优取向和织构,弱化基面织构,提高镁合金板材室温成形性;另一方向可以调控晶粒取向,转变为硬取向,可提高镁合金板材强度。上述制备方法可以弱化基面织构,板材强度和成形性能较高,成品率较高,可以降低综合成本。
以下通过试验具体论证说明。
实验一
提供镁合金板材:选取AZ31镁合金挤压成镁合金板材,板材的宽度为80mm,厚度为1.2mm,该镁合金的各组分质量百分比为:Al-3%、Zn-1%、Mn-0.3%、Mg-95.7%。
均匀化退火:将镁合金板材在320℃下保温1.5小时,以将镁合金板材进行均匀化退火。
第一次预压变形:将镁合金板材沿板材a方向预压变形,变形量为1.5%,应变速度为10-2mm/s。
第一次再结晶退火:将镁合金板材在300℃下保温1小时,然后水冷。
第二次预压变形:将镁合金板材沿板材b方向预压变形,变形量为1.5%,应变速度为10-2mm/s。
第二次再结晶退火:将镁合金板材在300℃下保温1小时,然后水冷。
第一次预拉变形:将镁合金板材沿板材a方向预拉变形,变形量为5%,应变速度为10-2mm/s。
第三次再结晶退火:将镁合金板材在300℃下保温1.5小时,然后水冷。
第二次预拉变形:将镁合金板材沿板材b方向预拉变形,变形量为5%,应变速度为10-2mm/s。
第四次再结晶退火:将镁合金板材在300℃下保温2小时,然后水冷。
实验结果:
试样 |
抗拉强度(MPa) |
屈服强度(MPa) |
延伸率 |
杯突(mm) |
原始试样 |
290 |
140 |
16% |
2.7 |
加工后试样 |
380 |
151 |
22% |
5.8 |
由上表可知,加工后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。
通过对原始试样和加工后试样进行应力应变试验,结果如图5所示,加工后的试样与原始试样相比,加工后试样相较原始试样,加工后试样塑性变形能力提高,加工后试样强度明显提高。
实验二
提供镁合金板材:选取AZ31镁合金挤压成镁合金板材,板材的宽度为80mm,厚度为1.2mm,该镁合金的各组分质量百分比为:Al-3%、Zn-1%、Mn-0.3%、Mg-95.7%。
均匀化退火:将镁合金板材在320℃下保温1.5小时,以将镁合金板材进行均匀化退火。
第一次预压变形:将镁合金板材沿板材a方向预压变形,变形量为3%,应变速度为10mm/s。
第一次再结晶退火:将镁合金板材在320℃下保温1小时,然后水冷。
第二次预压变形:将镁合金板材沿板材b方向预压变形,变形量为4%,应变速度为10mm/s。
第二次再结晶退火:将镁合金板材在320℃下保温1小时,然后水冷。
第一次预拉变形:将镁合金板材沿板材a方向预拉变形,变形量为10%,应变速度为10mm/s。
第三次再结晶退火:将镁合金板材在350℃下保温1.5小时,然后水冷。
第二次预拉变形:将镁合金板材沿板材b方向预拉变形,变形量为5%,应变速度为10mm/s。
第四次再结晶退火:将镁合金板材在350℃下保温2小时,然后水冷。
实验结果:
试样 |
抗拉强度(MPa) |
屈服强度(MPa) |
延伸率 |
杯突(mm) |
原始试样 |
290 |
140 |
16% |
2.7 |
加工后试样 |
360 |
143 |
23% |
6.6 |
由上表可知,加工后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。
通过对原始试样和加工后试样进行应力应变试验,结果如图6所示,加工后的试样与原始试样相比,加工后试样相较原始试样,加工后试样塑性变形能力提高,加工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。