CN114990459A - 一种镁合金板材及双向复合扭转制备镁合金板材的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双向复合扭转制备镁合金板材的方法，该方法包括以下步骤：提供镁合金板材，将镁合金板材进行去应力退火；将镁合金板材沿变形方向固定两端，然后沿镁合金板材的中心轴进行扭转变形；将扭转后的镁合金板材沿变形方向进行拉伸变形，将拉伸后的镁合金板材进行退火，以去除孪晶和应力，发生再结晶，组织均匀化，将退火后的镁合金板材进行矫直。本发明还公开了一种镁合金板材，采用上述方法制备得到。上述镁合金板材及制备方法，可以实现在不同变形程度发生如孪生、晶粒转动等取向调控，弱化基面织构，提高板材厚度方向变形能力，同时结合后续退火等热处理工艺调控镁合金板材基面织构和晶体取向，可制备出高性能镁合金板材。

Description

一种镁合金板材及双向复合扭转制备镁合金板材的方法
技术领域
本发明涉及镁合金板材加工技术领域，具体涉及一种镁合金板材及双向复合扭转制备镁合金板材的方法。
背景技术
在“双碳”目标的推进下，迫切需要高性能的轻量化材料。镁及镁合金具有质轻、比强度高、阻尼减振、电磁屏蔽性能优良及储能特性好等优点，是最有潜力的轻量化材料之一，其推广应用对节能减排和能源转型战略具有重要意义。
但镁合金具有密排六方晶体结构，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，塑性变形成形能力较差，进一步导致镁合金板材加工工序长，成品率低，如何改善镁合金的塑性成形能力是扩大镁合金应用的瓶颈问题之一。
发明内容
基于此，有必要针对现有镁合金，在室温塑性成型时，形成很强的基面织构，塑性变形成形能力较差的问题，提供一种镁合金板材及双向复合扭转制备镁合金板材的方法。
一种双向复合扭转制备镁合金板材的方法，该方法包括以下步骤：
提供镁合金板材；
将所述镁合金板材进行去应力退火；
将所述镁合金板材沿变形方向固定两端，然后沿所述镁合金板材的中心轴进行扭转变形；
将扭转后的所述镁合金板材沿所述变形方向进行拉伸变形；
将拉伸后的所述镁合金板材进行退火，以去除孪晶和应力，发生再结晶，组织均匀化；及
将退火后的所述镁合金板材进行矫直。
在其中一个实施例中，所述提供镁合金板材的步骤具体为：
提供轧制或挤压状态的镁合金板材。
在其中一个实施例中，所述将所述镁合金板材进行去应力退火的步骤具体为：
将所述镁合金板材进行去应力退火，退火温度为200-300℃，保温2-6h。
在其中一个实施例中，所述将所述镁合金板材沿变形方向固定两端，然后沿所述镁合金板材的中心轴进行扭转变形的步骤具体为：
将所述镁合金板材沿变形方向固定两端，然后沿所述镁合金板材的中心轴进行扭转变形，所述镁合金板材两端的扭转速度分别为VX1和VX2，扭转角度分别为θx1、θx2；其中，VX1和VX2为10-2-103r/min，θx1和θx2为1-180o。
在其中一个实施例中，所述镁合金板材两端的扭转速度不同。
在其中一个实施例中，所述将扭转后的所述镁合金板材沿所述变形方向进行拉伸变形的步骤具体为：
将所述镁合金板材沿所述变形方向进行拉伸变形，所述镁合金板材两端的拉伸速率分别为VL1、VL2；其中，VL1、VL2为10-3-103mm/s，变形量为1-10％。
在其中一个实施例中，所述将拉伸后的所述镁合金板材进行退火的步骤具体为：
将拉伸后的所述镁合金板材在260-360℃下保温1-4h。
在其中一个实施例中，所述将退火后的所述镁合金板材进行矫直的步骤具体为：
将退火后的所述镁合金板材进行轧制或者拉伸，以将所述镁合金板材矫直。
在其中一个实施例中，所述退火后的所述镁合金板材进行矫直的步骤之后还包括：
将矫直后的所述镁合金板材再次进行退火。
一种镁合金板材，经上述任意一项所述的双向复合扭转制备镁合金板材的方法制备得到。
上述镁合金板材及双向复合扭转制备镁合金板材的方法，耦合平面扭转剪切变形和上下拉伸变形，构建不同程度应变区，产生扭转剪切应变梯度诱发不同取向效应，实现在不同变形程度发生如孪生、晶粒转动等取向调控，弱化基面织构，提高板材厚度方向变形能力，以期提高成形性。同时结合后续退火等热处理工艺调控镁合金板材基面织构和晶体取向，可连续地制备多种规格尺寸高性能镁合金板材。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为一实施方式中双向复合扭转制备镁合金板材的方法的流程图；
图2为镁合金板材进行扭转和拉伸的示意图；
图3为镁合金板材晶粒取向改变的示意图。
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1，一实施方式中的双向复合扭转制备镁合金板材的方法，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镁合金锭轧制获得，镁合金板材也可以通过镁合金锭挤压获得。可以理解的是，在其他实施方式中，镁合金板材还可以通过其他方式获得，如通过铸造或者锻造制备获得。
步骤S120：将镁合金板材进行去应力退火。
其中，将镁合金板材进行去应力退火，可以去除内应力影响，使组织缺陷减少。在一实施方式中，镁合金板材退火的参数条件可包括：退火温度为200-300℃，保温2-6h。
具体地，退火温度可以为200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、280℃、290℃或300℃，也可以为200-300℃范围内的其他任意值。保温时间可以为2h、3h、4h、5h或者6h，也可以为2-6h范围内的其他任意值。
步骤S130：将镁合金板材沿变形方向固定两端，然后沿镁合金板材的中心轴进行扭转变形。
请参阅图2，具体地，变形方向即为镁合金板材成型时的成型方向，例如镁合金板材通过轧制获得，变形方向为RD方向；镁合金板材通过挤压获得时，变形方向为ED方向。将镁合金板材沿变形方向固定其两端后，以镁合金板材的中心轴为扭转中心线进行扭转变形。
请参阅图3，其中，镁合金板材的两端可实现同速或异速扭转，均可改变镁合金板材上下两端的晶体取向，使其偏离板材法线方向，其基面织构变得分散，板材厚度方向塑性变形能力变得更容易，板材更易成形。
当镁合金板材两端的扭转速度不同，即板材两端位异速扭转时，可以使板材上下部分形成剪切带，促使板材上下两部分晶粒沿剪切带方向分开，向板面倾斜，造成基面织构弱化，可获得高室温成形性。
在一实施方式中，设定镁合金板材两端扭转速度分别为VX1和VX2，镁合金板材两端的扭转角度分别为θx1、θx2。其中VX1和VX2可以为10-2-103r/min，θx1、θx2可以为1-180°。
具体地，扭转速度可以为0.01r/min、0.1r/min、1r/min、10r/min、100r/min或1000r/min，也可以为10-2-103r/min范围内的其他任意值。扭转角度可以为1°、30°、60°、90°、120°、150°或180°，也可以为1-180°范围内的其他任意值。
步骤S140：将扭转后的镁合金板材沿变形方向进行拉伸变形。
具体地，将扭转后的镁合金板材ED/RD方向进行拉伸变形，板材在扭转时，同时也施加沿板材方向的拉伸变形，多一个方向施加应力，使更多可能性的使其晶粒C轴发生偏转，使其晶粒发生管道偏离或倾斜更多交底，弱化其基面织构。
在一实施方式中，镁合金板材两端拉伸变形的拉伸速率分别为VL1、VL2，VL1、VL2可以为10-3-103mm/s，变形量为1-10％。
具体地，拉伸速率可以为0.001mm/s、0.01mm/s、0.1mm/s、1mm/s、10mm/s、100mm/s或1000mm/s，也可以为10-3-103mm/s范围内其他任意值。拉伸变形的变形量可以为1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％，也可以为1-10％范围内的任意值。
步骤S150：将拉伸后的所述镁合金板材进行退火，以去除孪晶和应力，发生再结晶，组织均匀化。
具体地，对拉伸后的镁合金板材进行退火，可以去除镁合金板材内的孪晶和应力，发生再结晶，实现组织均匀化。在一实施方式中，镁合金板材退火的参数条件可包括：在260-360℃下保温1-4h。
具体地，退火温度可以为260℃、270℃、280℃、290℃、300℃、310℃、320℃、330℃、340℃、350℃或360℃，也可以为260-360℃范围内的其他任意值。保温时间可以为1h、2h、3h或4h，也可以为1-4h范围内的其他任意值。
步骤S160：将退火后的镁合金板材进行矫直。
具体地，采用轧制或者拉伸，将变形后的板材矫直，变形量在1-3％。在一实施方式中，变形量可以为1％、2％或3％，也可以是1-3％范围内的其他任意值。
在一实施方式中，在步骤S160之后，还包括：将矫直后的镁合金板材再次进行退火，以进一步去除孪晶和应力，发生再结晶，组织均匀化。其中，镁合金板材退火的参数条件可包括：在260-360℃下保温1-4h。
具体地，退火温度可以为260℃、270℃、280℃、290℃、300℃、310℃、320℃、330℃、340℃、350℃或360℃，也可以为260-360℃范围内的其他任意值。保温时间可以为1h、2h、3h或4h，也可以为1-4h范围内的其他任意值。
上述双向复合扭转制备镁合金板材的方法，耦合平面扭转剪切变形和上下拉伸变形，构建不同程度应变区，产生扭转剪切应变梯度诱发不同取向效应，实现在不同变形程度发生如孪生、晶粒转动等取向调控，弱化基面织构，提高板材厚度方向变形能力，以期提高成形性。同时结合后续退火等热处理工艺调控镁合金板材基面织构和晶体取向，可连续地制备多种规格尺寸高性能镁合金板材。
此外，本发明还够提供了一种镁合金板材，其经上述双向复合扭转制备镁合金板材的方法制备得到，该镁合金板材具有较高的塑性成形能力。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
材料：挤压态AZ31镁合金板材，其尺寸为50mm宽、1mm厚、100mm长。
去应力退火：将镁合金板材在250℃条件下保温3h。
扭转变形：将板材沿ED方向固定板材的两端，沿板材ED中心轴扭转变形，设定板材两端的扭转速度VX1＝VX2＝10-2r/min，板材两端的扭转角度θx1＝θx2＝5°。
退火：将扭转后的镁合金板材在280℃保温1.5h。
轧制：压下量为1％，矫直板材。
结果分析：
试样 抗拉强度(MPa) 屈服强度(MPa) 延伸率 成形性(杯突mm)
原始试样 260 130 15％ 2.5
扭转试样 320 140 21％ 4.8
实施例2
材料：挤压态AZ31镁合金板材，其尺寸为50mm宽、1mm厚、100mm长。
去应力退火：将镁合金板材在250℃条件下保温3h。
扭转变形：将板材沿ED方向固定板材的两端，沿板材ED中心轴扭转变形，设定板材两端的扭转速度分别为VX1＝10-2r/min，VX2＝10-1r/min，镁合金板材两端的扭转角度分别为θx1＝5°，θx2＝10°。
退火：将扭转后的镁合金板材在280℃保温1.5h。
轧制：压下量为1％，矫直板材。
结果分析：
试样 抗拉强度(MPa) 屈服强度(MPa) 延伸率 成形性(杯突mm)
原始试样 260 130 15％ 2.5
扭转试样 330 140 24％ 5.6
实施例3
材料：挤压态AZ31镁合金板材，其尺寸为50mm宽、1mm厚、100mm长。
去应力退火：将镁合金板材在300℃条件下保温2h。
扭转变形：将板材沿ED方向固定板材的两端，沿板材ED中心轴扭转变形，设定板材两端的扭转速度VX1＝VX2＝0.1r/min，板材两端的扭转角度θx1＝θx2＝5°。
拉伸变形：将板材沿ED方向进行拉伸变形3％，拉伸速率为VL1＝VL2＝10mm/s。
退火：将扭转后的镁合金板材在320℃保温1h。
轧制：压下量为1％，矫直板材。
结果分析：
试样 抗拉强度(MPa) 屈服强度(MPa) 延伸率 成形性(杯突mm)
原始试样 260 130 15％ 2.5
扭转试样 345 148 26％ 6.6
实施例4
材料：挤压态AZ31镁合金板材，其尺寸为50mm宽、1mm厚、100mm长。
去应力退火：将镁合金板材在300℃条件下保温2h。
扭转变形：将板材沿ED方向固定板材的两端，沿板材ED中心轴扭转变形，设定板材两端的扭转速度VX1＝VX2＝1r/min，板材两端的扭转角度θx1＝θx2＝5°。
拉伸变形：将板材沿ED方向进行拉伸变形3％，拉伸速率为VL1＝VL2＝10mm/s。
退火：将扭转后的镁合金板材在320℃保温1h。
轧制：压下量为3％，矫直板材。
退火：将矫直后的板材在在320℃保温1h。
结果分析：
试样 抗拉强度(MPa) 屈服强度(MPa) 延伸率 成形性(杯突mm)
原始试样 260 130 15％ 2.5
扭转试样 350 151 27％ 6.8
通过上述对比分析可知，扭转后的试样相对原始试样，其抗拉强度、屈服强度、延伸率和成形性均明显提高，可以得出镁合金板材塑性成形能力得到提高。并且，结合后续的拉伸变形、退火和矫直处理，调控镁合金板材基面织构和晶体取向，可以进一步地提高镁合金板材的塑性成形性能。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种双向复合扭转制备镁合金板材的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
提供镁合金板材；
将所述镁合金板材进行去应力退火；
将所述镁合金板材沿变形方向固定两端，然后沿所述镁合金板材的中心轴进行扭转变形；
将扭转后的所述镁合金板材沿所述变形方向进行拉伸变形；
将拉伸后的所述镁合金板材进行退火，以去除孪晶和应力，发生再结晶，组织均匀化；及
将退火后的所述镁合金板材进行矫直。
2.根据权利要求1所述的双向复合扭转制备镁合金板材的方法，其特征在于，所述提供镁合金板材的步骤具体为：
提供轧制或挤压状态的镁合金板材。
3.根据权利要求1所述的双向复合扭转制备镁合金板材的方法，其特征在于，所述将所述镁合金板材进行去应力退火的步骤具体为：
将所述镁合金板材进行去应力退火，退火温度为200-300℃，保温2-6h。
4.根据权利要求1所述的双向复合扭转制备镁合金板材的方法，其特征在于，所述将所述镁合金板材沿变形方向固定两端，然后沿所述镁合金板材的中心轴进行扭转变形的步骤具体为：
将所述镁合金板材沿变形方向固定两端，然后沿所述镁合金板材的中心轴进行扭转变形，所述镁合金板材两端的扭转速度分别为VX1和VX2，扭转角度分别为θx1、θx2；其中，VX1和VX2为10-2-103r/min，θx1和θx2为1-180°。
5.根据权利要求4所述的双向复合扭转制备镁合金板材的方法，其特征在于，所述镁合金板材两端的扭转速度不同。
6.根据权利要求1所述的双向复合扭转制备镁合金板材的方法，其特征在于，所述将扭转后的所述镁合金板材沿所述变形方向进行拉伸变形的步骤具体为：
将所述镁合金板材沿所述变形方向进行拉伸变形，所述镁合金板材两端的拉伸速率分别为VL1、VL2；其中，VL1、VL2为10-3-103mm/s，变形量为1-10％。
7.根据权利要求6所述的双向复合扭转制备镁合金板材的方法，其特征在于，所述将拉伸后的所述镁合金板材进行退火的步骤具体为：
将拉伸后的所述镁合金板材在260-360℃下保温1-4h。
8.根据权利要求6所述的双向复合扭转制备镁合金板材的方法，其特征在于，所述将退火后的所述镁合金板材进行矫直的步骤具体为：
将退火后的所述镁合金板材进行轧制或者拉伸，以将所述镁合金板材矫直。
9.根据权利要求6所述的双向复合扭转制备镁合金板材的方法，其特征在于，所述退火后的所述镁合金板材进行矫直的步骤之后还包括：
将矫直后的所述镁合金板材再次进行退火。
10.一种镁合金板材，其特征在于，经权利要求1-9任意一项所述的双向复合扭转制备镁合金板材的方法制备得到。
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