CN115595520A - 一种高阻尼镁合金的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高阻尼镁合金的制备方法，属于合金材料制备技术领域；对镁合金进行固溶、时效处理，之后进行ECAP变形处理，得到所述高阻尼镁合金；所述固溶处理的温度与所述ECAP变形处理的温度相同。本发明通过ECAP变形来制备含有高熔点τ相的高阻尼镁合金，采用了适合的热处理工艺，让组织成分均匀，减小偏析发生，其在特定温度进行保温，达到提高阻尼性能的目的。ECAP变形使镁合金组织中产生大量位错，形成位错阻尼，从而使得材料阻尼性能提升。本发明在等通道挤压变形的同时，结合固溶强化，共同提高镁合金的阻尼性能；通过将等通道挤压变形的挤压温度设置为与固溶处理温度相同，进一步提高了其阻尼性能。

Description

一种高阻尼镁合金的制备方法
技术领域
本发明属于合金材料制备技术领域，具体涉及一种高阻尼镁合金的制备方法。
背景技术
镁合金是最轻的金属结构材料，具有比强度、比刚度高，减震性好等优点，使其在航空航天、军工、交通、3C等领域被广泛应用。相比于其它种类的轻金属，纯镁具有最优的阻尼性能，但是，纯镁的强度太低，不能作为阻尼结构材料直接使用，因此，需要开发具有一定力学性能的高阻尼镁基材料。目前，普遍采用的方法为在纯镁中添加一种或多种其它金属元素或增强相，以便在保持其高阻尼性能的同时，提高其力学性能。
虽然目前关于提高镁合金强度的研究较多，而针对镁合金阻尼性能的研究却相对较少，对于ZA63镁合金通过一种挤压方式有效调控合金增强相并制备出新型高阻尼镁合金的研究未见报道，为了满足当前国防军工及民用工业等对减振降噪的需求，需要研究高阻尼的镁合金制备工艺。
发明内容
为解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种高阻尼镁合金的制备方法，通过固溶处理及长时效热处理工艺来提高析出强化相的数量，并且通过提供ECAP(等通道挤压)变形来制备含有高熔点τ相(Mg32(Zn,Al)49)的高阻尼ZA63镁合金。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明提供了一种高阻尼镁合金的制备方法，包括以下步骤：对镁合金进行固溶、时效处理，之后进行ECAP变形处理，得到所述高阻尼镁合金；
所述固溶处理的温度与所述ECAP变形处理的温度相同。
进一步地，所述镁合金为ZA63镁合金。
进一步地，所述固溶处理具体为在315～345℃下保温40h。
进一步地，所述时效处理为长时效处理，具体为在175℃下保温48h。
进一步地，所述ECAP变形处理为在315～345℃下进行2道次挤压，每道次挤压的方法为：先用直杆挤压，卸压后换斜杆继续以相同的的挤压速度挤压，直至合金被完整挤出。
进一步地，一道次挤压完成进行二道次挤压前将镁合金逆时针旋转90°。
适合的热处理工艺，可以使组织成分均匀，减小偏析发生，其在特定温度进行保温，达到提高阻尼性能的目的。固溶处理使基体和晶界中作为强钉扎点的第二相数量相比铸态合金明显减少，晶界滑移阻力减小，材料内部消耗的能量增多，导致内耗峰明显，阻尼性能提高。
等通道挤压(ECAP)过程中在剪切力的作用下合金组织晶粒得到细化，同时其空位浓度和位错密度增大。不同的ECAP工艺参数，可改变材料的晶粒度、织构等显微组织。ECAP变形使镁合金组织中产生大量位错，形成位错阻尼，从而使得材料阻尼性能提升。
本发明同时提供了一种根据上述所述的制备方法制备得到的高阻尼镁合金。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
对镁合金进行固溶、时效处理得到的铸态镁合金表现为典型的等轴晶结构，主要由α-Mg及呈半连续网状和弥散颗粒分布的τ相组成，有利于镁合金的力学性能，同时避免过多的相成分阻碍位错运动而降低合金阻尼性能。
本发明通过ECAP变形来制备含有高熔点τ相(Mg32(Zn,Al)49)的高阻尼镁合金，采用了适合的热处理工艺，让组织成分均匀，减小偏析发生，其在特定温度进行保温，达到提高阻尼性能的目的。ECAP变形使镁合金组织中产生大量位错，形成位错阻尼，从而使得材料阻尼性能提升。
本发明在等通道挤压变形的同时，结合固溶强化，共同提高镁合金的阻尼性能；通过将等通道挤压变形的挤压温度设置为与固溶处理温度相同，进一步提高了其阻尼性能。
本发明工艺简单，试验参数控制方便，可移植性强，且容易操作，成本较低，可用于航空航天、轨道交通、纺织工艺，达到减振降噪的作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1制备得到的高阻尼镁合金的微观组织形貌图；
图2为对比例1制备得到的铸态镁合金的微观组织形貌图；
图3为实施例1和对比例1制备得到的镁合金在室温下的阻尼-应变谱对比图。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。
另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本发明实施例中提供了一种高阻尼镁合金的制备方法，包括以下步骤：对镁合金进行固溶、时效处理，之后进行ECAP变形处理，得到所述高阻尼镁合金；
其中，固溶处理的温度与ECAP变形处理的温度相同。
在实施例中，采用的镁合金为ZA63镁合金。
固溶处理具体为在315～345℃下保温40h，作为优选，本发明实施例中将固溶处理的温度设置为345℃，但是，固溶处理的温度不限于此，可在315～345℃范围内进行调整。
时效处理为长时效处理，具体为在175℃下保温48h。
ECAP变形处理为在315～345℃下进行2道次挤压，每道次挤压的方法为：先用直杆挤压一定距离，卸压后换斜杆继续以相同的挤压速度挤压一定距离，直至合金被完整挤出，在一些优选实施例中，将ECAP变形处理的温度设置为和固溶处理相同，即345℃。
一道次挤压完成进行二道次挤压前将镁合金逆时针旋转90°。
实施例1
高阻尼镁合金的制备，步骤如下：
(1)将市售ZA63镁合金制成12.3mm×12.3mm×55mm的样件放入热处理炉进行固溶处理及长时效处理，固溶处理工艺为加热到345℃后保温40h后水冷，长时效热处理工艺为加热到175℃保温48h后随炉缓冷。
(2)将步骤(1)获得的热处理试样进行2道次的ECAP变形：每道次挤压前将等通道挤压模具加热到345℃，将热处理试样放入模具中，挤压机施压直到直压杆接触到试样表面后保温20min，保温结束后，以2.4mm/min挤压速度挤压43mm，卸压后换斜压杆继续挤压12mm，直杆挤压和斜杆挤压过程中，挤压力均为220kN。完成一道次挤压后，进行第二道次挤压前将试样逆时针旋转90°后放入等通道挤压模具中重复上述挤压过程，得到经过2道次ECAP变形处理的高阻尼镁合金。
实施例2
高阻尼镁合金的制备，步骤如下：
(1)将中频感应熔炼炉加热至400℃预热，加入质量分数为5.92wt％的Zn，2.89wt％的Al和91.19％的Mg(其中，Zn、Mg和Al的纯度均为99.96％)，通入体积比为40:1的CO2和SF6作为保护气体，升温至750℃使炉料完全熔化，之后使炉温自然降至720℃，进行开炉扒渣，浇注到金属型模具中，制得ZA63镁合金。
(2)将步骤(1)制得的ZA63镁合金制成12.3mm×12.3mm×55mm的样件放入热处理炉进行固溶处理及长时效处理，固溶处理工艺为加热到345℃后保温40h后水冷，长时效热处理工艺为加热到175℃保温48h后随炉缓冷。
(3)将步骤(2)获得的热处理试样进行2道次的ECAP变形：每道次挤压前将等通道挤压模具加热到345℃，将热处理试样放入模具中，挤压机施压直到直压杆接触到试样表面后保温20min，保温结束后，以2.4mm/min挤压速度挤压43mm，卸压后换斜压杆继续挤压12mm，直杆挤压和斜杆挤压过程中，挤压力均为220kN。完成一道次挤压后，进行第二道次挤压前将试样逆时针旋转90°后放入等通道挤压模具中重复上述挤压过程，得到高阻尼镁合金。
实施例3
高阻尼镁合金的制备，步骤如下：
(1)将中频感应熔炼炉加热至400℃预热，加入质量分数为5.92wt％的Zn，2.89wt％的Al和91.19％的Mg(其中，Zn、Mg和Al的纯度均为99.96％)，通入体积比为40:1的CO2和SF6作为保护气体，升温至750℃使炉料完全熔化，之后使炉温自然降至720℃，进行开炉扒渣，之后降温至590℃(ZA63镁合金的半固态温度)，保温30min后，浇注到金属型模具中，制得ZA63镁合金。
(2)将步骤(1)制得的ZA63镁合金制成12.3mm×12.3mm×55mm的样件放入热处理炉进行固溶处理及长时效处理，固溶处理工艺为加热到345℃后保温40h后水冷，长时效热处理工艺为加热到175℃保温48h后随炉缓冷。
(3)将步骤(2)获得的热处理试样进行2道次的ECAP变形：每道次挤压前将等通道挤压模具加热到345℃，将热处理试样放入模具中，挤压机施压直到直压杆接触到试样表面后保温20min，保温结束后，以2.4mm/min挤压速度挤压43mm，卸压后换斜压杆继续挤压12mm，直杆挤压和斜杆挤压过程中，挤压力均为220kN。完成一道次挤压后，进行第二道次挤压前将试样逆时针旋转90°后放入等通道挤压模具中重复上述挤压过程，得到高阻尼镁合金。
实施例4
高阻尼镁合金的制备，步骤如下：
(1)将中频感应熔炼炉加热至400℃预热，加入质量分数为5.92wt％的Zn，2.89wt％的Al和91.19％的Mg(其中，Zn、Mg和Al的纯度均为99.96％)，通入体积比为40:1的CO2和SF6作为保护气体，升温至750℃使炉料完全熔化，之后使炉温自然降至720℃，进行开炉扒渣，之后降温至590℃(ZA63镁合金的半固态温度)，保温30min后，浇注到金属型模具中，在压力机上以2000N的压力挤压成型，制得ZA63镁合金。
(2)将步骤(1)制得的ZA63镁合金制成12.3mm×12.3mm×55mm的样件放入热处理炉进行固溶处理及长时效处理，固溶处理工艺为加热到345℃后保温40h后水冷，长时效热处理工艺为加热到175℃保温48h后随炉缓冷。
(3)将步骤(2)获得的热处理试样进行2道次的ECAP变形：每道次挤压前将等通道挤压模具加热到345℃，将热处理试样放入模具中，挤压机施压直到直压杆接触到试样表面后保温20min，保温结束后，以2.4mm/min挤压速度挤压43mm，卸压后换斜压杆继续挤压12mm，直杆挤压和斜杆挤压过程中，挤压力均为220kN。完成一道次挤压后，进行第二道次挤压前将试样逆时针旋转90°后放入等通道挤压模具中重复上述挤压过程，得到高阻尼镁合金。
对比例1
将市售ZA63镁合金制成样件放入热处理炉进行固溶处理及长时效处理，固溶处理工艺为加热到345℃后保温40h后水冷，长时效热处理工艺为加热到175℃保温48h后随炉缓冷，得到铸态镁合金。
对比例2
高阻尼镁合金的制备，步骤如下：
(1)将市售ZA63镁合金制成12.3mm×12.3mm×55mm的样件放入热处理炉进行固溶处理及长时效处理，固溶处理工艺为加热到325℃后保温40h后水冷，长时效热处理工艺为加热到175℃保温48h后随炉缓冷。
(2)将步骤(1)获得的热处理试样进行2道次的ECAP变形：每道次挤压前将等通道挤压模具加热到345℃，将热处理试样放入模具中，挤压机施压直到直压杆接触到试样表面后保温20min，保温结束后，以2.4mm/min挤压速度挤压43mm，卸压后换斜压杆继续挤压12mm，直杆挤压和斜杆挤压过程中，挤压力均为220kN。完成一道次挤压后，进行第二道次挤压前将试样逆时针旋转90°后放入等通道挤压模具中重复上述挤压过程，得到经过2道次ECAP变形处理的高阻尼镁合金。
对比例3
高阻尼镁合金的制备，步骤如下：
(1)将市售ZA63镁合金制成12.3mm×12.3mm×55mm的样件放入热处理炉进行固溶处理及时效处理，固溶处理工艺为加热到345℃后保温40h后水冷，时效处理工艺为双时效处理：首先在75℃保温24h，再加热到175℃保温20h后随炉缓冷。
(2)将步骤(1)获得的热处理试样进行2道次的ECAP变形：每道次挤压前将等通道挤压模具加热到345℃，将热处理试样放入模具中，挤压机施压直到直压杆接触到试样表面后保温20min，保温结束后，以2.4mm/min挤压速度挤压43mm，卸压后换斜压杆继续挤压12mm，直杆挤压和斜杆挤压过程中，挤压力均为220kN。完成一道次挤压后，进行第二道次挤压前将试样逆时针旋转90°后放入等通道挤压模具中重复上述挤压过程，得到经过2道次ECAP变形处理的高阻尼镁合金。
实施例1制备得到的高阻尼镁合金及对比例1制备得到的铸态镁合金的微观组织形貌图分别如图1和图2所示，可以看出，相对于铸态镁合金，经过2道次ECAP变形处理后的镁合金的组织发生了明显细化。
室温下，对实施例1～4及对比例1～3制备得到的产品的屈服强度、抗拉强度、伸长率和比阻尼性能进行测试，测试标准分别为：GB/T 10623-2008，GB/T18258-2000，所得测试结果如表1所示，其中实施例1和对比例1制备得到的高阻尼镁合金室温下的阻尼-应变谱对比图如图3所示(图3中，ECAP表示实施例1制备得到的高阻尼镁合金，CASTING表示对比例1制备得到的铸态镁合金)。
表1
Figure BDA0003893114550000071
由图3可以看出，实施例1制备得到的高阻尼镁合金的阻尼性能相对于对比例1制备得到的铸态镁合金有所提高。由表1可以看出，本发明中固溶和长时效热处理工艺及2道次的ECAP变形处理使镁合金组织细化和强化，提高了其阻尼性能。在制备ZA63镁合金时，经半固态浇铸后进行ECAP变形也能够提高镁合金的阻尼性能，并且在半固态温度下压铸后再进行ECAP变形，能够进一步在一定程度上提高镁合金的阻尼性能，得到高阻尼镁合金。同时，由实施例1和对比例2、对比例3的性能数据进行对比可以看出，将固溶处理的温度和ECAP变形处理的温度设置为相同时，所得镁合金的阻尼性能更高；相对于双时效处理，长时效处理所得镁合金的阻尼性能更高。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种高阻尼镁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：对镁合金进行固溶、时效处理，之后进行ECAP变形处理，得到所述高阻尼镁合金；
所述固溶处理的温度与所述ECAP变形处理的温度相同。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述镁合金为ZA63镁合金。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述固溶处理具体为在315～345℃下保温40h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述时效处理为长时效处理，具体为在175℃下保温48h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述ECAP变形处理为在315～345℃下进行2道次挤压，每道次挤压的方法为：先用直杆挤压，卸压后换斜杆继续以相同的挤压速度挤压，直至合金被完整挤出。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，一道次挤压完成进行二道次挤压前将镁合金逆时针旋转90°。
7.一种根据权利要求1～6任一项所述的制备方法制备得到的高阻尼镁合金。
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