CN113215506B - 一种三织构镁合金的量化制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型三织构镁合金的量化制备方法，包括如下步骤：均质化处理：将镁合金板材保温；均质化处理温度和时间为300℃保温2h，随后空冷；预变形工艺：包括三步，首先沿着板材法向ND室温轧制一定形变量，总的压下量为8～10％，每道次2％；其次沿着横向TD压缩变形，塑性形变为2～8％；最后沿着轧向RD二次预压缩，压缩量2～8％；热处理工艺：将变形后镁合金棒材进行不同条件的热处理，热处理一是使孪晶界面转变为晶界，孪晶引起的晶格取向变化部分保留；二是保证不同织构组分分布的新型三织构镁合金晶粒均匀且晶粒尺寸相近。本发明可以实现定量化调控镁合金板材织构，即三织构镁合金，并且提高其塑性。

Description

一种三织构镁合金的量化制备方法
技术领域
本发明涉及镁合金的量化制备方法，特别涉及一种新型三织构镁合金的量化制备方法。
背景技术
镁合金作为最轻质的金属结构材料之一，拥有比强度与比刚度高及阻尼减震性能好等一系列优点。与铸造镁合金相比，变形镁合金在力学性能上有明显优势。但是，镁合金经过变形，比如常见的轧制后，会形成强烈的基面织构，这种具有强织构组分通常导致材料的各向异性，这使镁合金具有不理想的强度与塑性匹配，并且降低材料的成形能力。目前对织构的调控更多的着眼于通过各种手段弱化镁合金中的强织构，如通过加入不同的稀土元素、采用异步轧制、多向锻造等工艺，以期通过弱化强基面织构，促进非基面滑移启动，提高镁合金的室温变形能力。但这些存在成本相对较高，工艺都比较复杂等问题。而通过调控织构来改善镁合金综合性能不仅仅局限于如何弱化织构，现有技术中，具有多织构组分的镁合金通常表现出更好的塑性变形能力和较弱的各向异性，但对织构的调控仍留在定性层面。另外考虑到
Figure GDA0003151348460000011
拉伸孪晶界面具有很高的热稳定性，孪晶界面不易迁移，未有技术从调控拉伸孪晶量的角度出发实现镁合金中多织构组分如三种织构组分的定量化制备。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种新型三织构镁合金的量化制备方法。
技术方案：本发明提供一种新型三织构镁合金的量化制备方法，包括如下步骤：
(1)均质化处理：将镁合金板材保温；均质化处理温度和时间为300℃保温2h，随后空冷；
(2)预变形工艺：包括三步，首先沿着板材法向ND室温轧制一定形变量，总的压下量为8～10％，每道次2％；其次沿着横向TD压缩变形，塑性形变为2～8％；最后沿着轧向RD二次预压缩，压缩量2～8％；
(3)热处理工艺：将(2)中变形后镁合金棒材进行不同条件的热处理，热处理一是使孪晶界面转变为晶界，孪晶引起的晶格取向变化部分保留；二是保证不同织构组分分布的新型三织构镁合金晶粒均匀且晶粒尺寸相近。
进一步地，所述步骤(1)均质化处理温度和时间为300℃保温2h，随后空冷。
进一步地，所述步骤(2)中热处理工艺参数如下：退火温度为420℃，时间3-8h，冷却方式为空气中自然冷却。
进一步地，所述步骤(3)不同条件的热处理包括：TD压缩应变量为5.7％+ RD方向压缩应变量为2.5％时，退火条件是420℃退火4h，冷却方式是在空气中冷却至室温。
进一步地，所述步骤(3)不同条件的热处理包括：TD压缩应变量为6.0％+ RD方向压缩应变量为4.0％时，退火条件是420℃退火8h，冷却方式是在空气中冷却至室温。
进一步地，所述步骤(3)不同条件的热处理包括：TD压缩应变量为1.9％+ RD方向压缩应变量为2.5％时，退火条件是420℃退火3h，冷却方式是在空气中冷却至室温。
进一步地，所述步骤(3)不同条件的热处理包括：TD压缩应变量为7.0％+ RD方向压缩应变量为5.8％时，退火条件是420℃退火3h，冷却方式是在空气中冷却至室温。
进一步地，所述步骤(3)不同条件的热处理包括：TD压缩应变量为3.0％+ RD方向压缩应变量为4％时，退火条件是420℃退火4h，冷却方式是在空气中冷却至室温。
进一步地，对于预变形量为5.7％TD+2.5％RD、6.0％TD+4.0％RD、1.9％TD +2.5％RD、7.0％TD+5.8％RD、3.0％TD+4.0％RD，其对应三织构(ND织构/TD 织构/RD织构)分布比例如下：42％/35％/23％、29％/31％/40％、53％/17％/30、 21％/51％/28％、43％/25％/32％。
本发明方法原理如下：
将镁合金板材在一定温度下进行均质化处理后，首先沿板材法向(ND)进行室温冷轧，增加形变储存能，然后利用横向方向(TD)压缩变形引入不同量的
Figure GDA0003151348460000021
拉伸孪晶，再沿板材轧向(RD)方向二次预压缩同时引入一次拉伸孪晶和二次孪晶。孪晶具有调整晶粒取向的作用，利用压缩引入的孪晶会分割晶粒，诱导部分晶粒偏离母体朝向压缩方向旋转86.3°。此过程会出现不同于初始单一织构(晶粒c轴平行于法向方向ND)的另外两种孪晶取向分布(孪晶晶粒c轴平行于横向TD和孪晶晶粒c轴平行于轧向RD)，最后结合适当热处理工艺，从微观角度上发生静态再结晶行为以及孪晶和母体之间相互竞争吞并机制，结果呈现孪晶界面消失，但孪晶取向会大部分保留，形成三织构镁合金。热处理温度和时间的选择与引入的孪晶量有重要关联。
镁合金板材沿法向(ND)进行室温轧制，增加储存能，为后续完全再结晶提供更多驱动力。沿横向(TD)进行预压缩，由于拉伸孪晶具有分割晶粒且能旋转晶粒取向的作用，部分晶粒的<0001>方向转向横向(TD)。同样沿轧向(RD)进行预压缩，引入拉伸孪晶和二次拉伸孪晶，促使部分晶粒<0001>轴由法向(ND)和横向(TD)均部分地转向轧向(RD)。经过退火热处理后，孪晶界面消失，在静态再结晶以及孪晶和基体相互竞争吞并的共同作用下，新形核的晶粒大部分遗传了原有的取向。因此，晶粒在轧板的三个方向上均有取向择优特征，即形成三织构镁合金。合适的退火工艺目的一是保证孪晶界面可以迁移或者发生再结晶行为，二是保证退火处理后各三织构镁合金的晶粒尺寸相近。该方法在调控镁合金织构上具有两个明显优势。第一，可以建立预变形参数与三织构组分之间的一种量化关系，指导以弱化织构为目的的镁合金的制备和生产。第二，该方法所提供的弱化织构的方法简单易操作，且三织构镁合金的塑性指标明显高于单一织构镁合金。可实现定量化调控三织构分布。
有益效果：本发明提供一种低成本，简单有效的调控镁合金织构的方法，并实现镁合金多织构分布的定量化调控，显著弱化镁合金热变形中形成的单一的强织构。另外本发明调控的多织构组分分布的镁合金具有明显优异的塑性指标以及屈强比指标，并且使用方法简单易于操作，工艺全部是在室温进行，所用的轧制和压缩均属于塑性加工基本工艺，经济性及适用性强，这是本发明的另一个重要创新点。本发明找到一种设备简单，易于操作，高效低成本的新型三织构AZ31 镁合金制备方法，进而拓宽具有优异综合性能的织构镁合金系列，是推动镁合金更多领域应用的重点以及难点。
附图说明
图1为本发明制备三织构镁合金的工艺示意图；
图2为本发明所制备三织构镁合金的拉伸变形力学曲线，其中试样1-5分别对应实例一至五中的三织构镁合金的力学性能，作为对比图2中试样ND和试样 TD分别对应未经过预变形工艺的初始板材沿法向ND和横向TD的力学性能，对比可发现三织构组分镁合金塑性有明显提高；
图3为本发明量化制备的五种三织构镁合金的反极图成像图，其中图3a、b、 c、d、e分别对应实例一至五中的三织构镁合金；
图4为本发明量化制备的五种三织构镁合金的织构极图，其中图4a、b、c、 d、e分别对应实例一至五中的三织构镁合金，各实例样品均有有三种织构组分分布比例随预变形参数变化。
具体实施方式
实施例一：
将商用AZ31镁合金板材进行均质化处理，均质化温度为300℃，时间为2h。将均质化后的板材首先沿(法向)ND方向进行室温轧制，压下量控制在8-10％内，然后沿横向(TD)进行预压缩，压下量为5.7％，最后沿轧向(RD)进行二次预压缩，压下量为2.5％。应变速率均为10-3s-1。示意图如附图1所示。预变形后，进行退火处理，温度为420℃，时间为4h，得到完全再结晶组织。其中力学性能曲线如附图2所示，反极图成像图和织构极图分别如附图3a和附图4a所示。统计得织构I(<0001>//ND)占比42％，织构II(<0001>//TD)占比35％，织构III(<0001>//RD)占比23％。
实施例二：
将商用AZ31镁合金板材进行均质化处理，均质化温度为300℃，时间为2h。将均质化后的板材首先沿(法向)ND方向进行室温轧制，压下量控制在8-10％内，然后沿横向(TD)进行预压缩，压下量为6％，最后沿轧向(RD)进行二次预压缩，压下量为4％。应变速率均为10-3s-1。示意图如附图1所示。预变形后，进行退火处理，温度为420℃，时间为8h，得到完全再结晶组织。其中力学性能曲线如附图2所示，反极图成像图和织构极图分别如附图3b和附图4b所示。统计得织构I(<0001>//ND)占比29％，织构II(<0001>//TD)占比31％，织构III(<0001>//RD)占比40％。
实施例三：
将商用AZ31镁合金板材进行均质化处理，均质化温度为300℃，时间为2h。将均质化后的板材首先沿(法向)ND方向进行室温轧制，压下量控制在8-10％内，然后沿横向(TD)进行预压缩，压下量为1.9％，最后沿轧向(RD)进行二次预压缩，压下量为2.5％。应变速率均为10-3s-1。示意图如附图1所示。预变形后，进行退火处理，，温度为420℃，时间为3h，得到完全再结晶组织。其中力学性能曲线如附图2所示，反极图成像图和织构极图分别如附图3c和附图4c所示。统计得织构I(<0001>//ND)占比53％，织构II(<0001>//TD)占比17％，织构III(<0001>//RD)占比30％。
实施例四：
将商用AZ31镁合金板材进行均质化处理，均质化温度为300℃，时间为2h。将均质化后的板材首先沿(法向)ND方向进行室温轧制，压下量控制在8-10％内，然后沿横向(TD)进行预压缩，压下量为7％，最后沿轧向(RD)进行二次预压缩，压下量为5.8％。应变速率均为10-3s-1。示意图如附图1所示。预变形后，进行退火处理，温度为420℃，时间为3h，得到完全再结晶组织。其中力学性能曲线如附图2所示，反极图成像图和织构极图分别如附图3d和附图4d所示。统计得织构I(<0001>//ND)占比21％，织构II(<0001>//TD)占比51％，织构III(<0001>//RD)占比28％。
实施例五：
将商用AZ31镁合金板材进行均质化处理，均质化温度为300℃，时间为2h。将均质化后的板材首先沿(法向)ND方向进行室温轧制，压下量控制在8-10％内，然后沿横向(TD)进行预压缩，压下量为3％，最后沿轧向(RD)进行二次预压缩，压下量为4％。应变速率均为10-3s-1。示意图如附图1所示。预变形后，进行退火处理，温度为420℃，时间为4h，得到完全再结晶组织。其中力学性能曲线如附图2所示，反极图成像图和织构极图分别如附图3e和附图4e所示。统计得织构I(<0001>//ND)占比43％，织构II(<0001>//TD)占比25％，织构IIII(<0001>//RD)占比32％。

Claims (7)

1.一种三织构镁合金的量化制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)均质化处理：将镁合金板材保温；均质化处理温度和时间为300℃保温2h，随后空冷；
(2)预变形工艺：包括三步，首先沿着板材法向ND室温轧制一定形变量，总的压下量为8～10％，每道次2％；其次沿着横向TD压缩变形，塑性形变为2～8％；最后沿着轧向RD二次预压缩，压缩量2～8％；
(3)热处理工艺：将(2)中变形后镁合金棒材进行不同条件的热处理，热处理一是使孪晶界面转变为晶界，孪晶引起的晶格取向变化部分保留；二是保证不同织构组分分布的三织构镁合金晶粒均匀且晶粒尺寸相近，
所述步骤(3)中热处理工艺参数如下：退火温度为420℃，时间3-8h，冷却方式为空气中自然冷却。
2.根据权利要求1所述的三织构镁合金的量化制备方法，其特征在于：所述步骤(3)不同条件的热处理包括：TD压缩应变量为5.7％+RD方向压缩应变量为2.5％时，退火条件是420℃退火4h，冷却方式是在空气中冷却至室温。
3.根据权利要求1所述的三织构镁合金的量化制备方法，其特征在于：所述步骤(3)不同条件的热处理包括：TD压缩应变量为6.0％+RD方向压缩应变量为4.0％时，退火条件是420℃退火8h，冷却方式是在空气中冷却至室温。
4.根据权利要求1所述的三织构镁合金的量化制备方法，其特征在于：所述步骤(3)不同条件的热处理包括：TD压缩应变量为1.9％+RD方向压缩应变量为2.5％时，退火条件是420℃退火3h，冷却方式是在空气中冷却至室温。
5.根据权利要求1所述的三织构镁合金的量化制备方法，其特征在于：所述步骤(3)不同条件的热处理包括：TD压缩应变量为7.0％+RD方向压缩应变量为5.8％时，退火条件是420℃退火3h，冷却方式是在空气中冷却至室温。
6.根据权利要求1所述的三织构镁合金的量化制备方法，其特征在于：所述步骤(3)不同条件的热处理包括：TD压缩应变量为3.0％+RD方向压缩应变量为4％时，退火条件是420℃退火4h，冷却方式是在空气中冷却至室温。
7.根据权利要求1所述的三织构镁合金的量化制备方法，其特征在于：对于预变形量为5.7％TD+2.5％RD、6.0％TD+4.0％RD、1.9％TD+2.5％RD、7.0％TD+5.8％RD、3.0％TD+4.0％RD，其对应ND织构/TD织构/RD织构分布比例如下：42％/35％/23％、29％/31％/40％、53％/17％/30、21％/51％/28％、43％/25％/32％。
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