專利名稱：一種鎂合金多面循環(huán)軋制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了一種超細(xì)晶金屬材料制備方法，涉及成型技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種AZ31鎂合金多面循環(huán)軋制方法。二
背景技術(shù)：
鎂合金是最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有高的比強(qiáng)度、比剛度、減振性、導(dǎo)熱性、可切削加工性和可回收性，因而被稱為21世紀(jì)的“綠色工程材料”。尤其是隨著汽車工業(yè)及電子行業(yè)的迅速發(fā)展，大量的鎂合金構(gòu)件應(yīng)運(yùn)而生，部分代替了塑料、鋁合金甚至鋼鐵材料，預(yù)計(jì)鎂合金將成為本世紀(jì)最重要的商用輕質(zhì)金屬結(jié)構(gòu)材料之一。但是到目前為止，鎂合金的應(yīng)用規(guī)模遠(yuǎn)未達(dá)到預(yù)期，一個(gè)主要的限制因素就是較低的強(qiáng)度值。因此，提高鎂合金的強(qiáng)度成為鎂合金領(lǐng)域的核心問題之一。 在工程應(yīng)用中，晶粒大小是影響金屬材料力學(xué)性能的重要因素。隨著晶粒尺寸的減小，大量晶界的出現(xiàn)限制或釘扎了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，借此提高了材料的強(qiáng)度，可由著名的Hall-Petch 公式(σ = σα ^ktTiri)來描述。因此，通過細(xì)晶化提高鎂合金強(qiáng)度是有效的手段之一。目前，微納米金屬材料的制備工藝主要包括(I)惰性氣體冷凝法將材料在惰性氣體氣氛下蒸發(fā)，蒸發(fā)出的金屬原子與惰性氣體碰撞后動(dòng)能降低，通過熱對(duì)流輸運(yùn)到液氮冷卻的旋轉(zhuǎn)冷底板的表面，形成疏松粉末。收集后的粉末在高真空下冷壓制成塊體材料。
(2)機(jī)械球磨法通過磨球與料罐之間的碰撞，使粉末發(fā)生塑性變形、加工硬化和破碎。粉碎的粉末在隨后的球磨過程中發(fā)生冷焊合，再次被破碎，合金化并使晶粒不斷細(xì)化至納米級(jí)。隨后將粉末加壓成型便可制得納米塊體材料。(3)非晶晶化法將非晶材料作為前驅(qū)材料，經(jīng)過適當(dāng)熱處理，使其轉(zhuǎn)變成納米尺度的多晶材料材料。(4)電解沉積法通過在陰\陽極之間施加電壓(直流、脈沖)，沉積納米量級(jí)的金屬。上述方法工藝簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備要求不高，生產(chǎn)效率較高，適用材料范圍廣，經(jīng)濟(jì)性好，比較適合于科學(xué)研究，但是其產(chǎn)物尺寸較小，均以薄膜形式存在，難以在工業(yè)上獲得應(yīng)用。為了獲得塊體納米金屬材料，目前多采用劇烈塑性變形法，主要制備手段包括等徑角變形(Equal channel Angular Pressing, ECAP),大比率擠壓(擠壓比100以上)，旋壓法(Torsion Straining),循環(huán)擠壓法(Cyclic Extrusion,CEC)等。上述方法均可以制備出塊體材料，但對(duì)設(shè)備要求較高，制備的材料均勻性較差，晶粒分布不均勻且多屬于微米尺度范圍，同時(shí)易于在材料中引入織構(gòu)，降低了材料了應(yīng)用價(jià)值。因此，必須改進(jìn)和開發(fā)新的超細(xì)晶結(jié)構(gòu)材料的制備技術(shù)。三

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在于提供一種鎂合金多面循環(huán)軋制方法，使軋制得到的鎂合金晶粒更細(xì)小、強(qiáng)度和延伸率更高，實(shí)現(xiàn)了鎂合金的組織細(xì)化和力學(xué)性能的改善。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種鎂合金多面循環(huán)軋制方法，包含以下步驟
第一步采用線切割切取方形橫截面的鎂合金板材；
第二步采用二輥軋機(jī)對(duì)合金進(jìn)行第一次軋制； 第三步將第一次軋制后的板材繞軋制軸方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，對(duì)合金進(jìn)行第二次軋制，再將第二次軋制后的板材繞軋制軸方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，對(duì)合金進(jìn)行第三次軋制，如此構(gòu)成一個(gè)軋制循環(huán)，軋制工藝完成；或者，將第一次軋制后的板材繼續(xù)進(jìn)行多道次軋制后，繞軋制軸方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，再對(duì)板材繼續(xù)進(jìn)行多道次軋制，軋制工藝完成。通過循環(huán)軋制，可以得到比較均勻的等軸組織，晶粒尺寸得到進(jìn)一步細(xì)化，同時(shí)織構(gòu)強(qiáng)度明顯弱化。循環(huán)軋制得到的AZ31合金晶粒平均尺寸為7Mm，力學(xué)性能可達(dá)到延伸率13%,屈服強(qiáng)度330MPa，抗拉強(qiáng)度360MPa。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果
(I)具有優(yōu)良性能。本發(fā)明利用孿生極性，在不同作用面的壓力作用下最大限度的激發(fā)孿晶，引入了孿晶界面強(qiáng)化，極大提高了鎂合金的屈服強(qiáng)度，而保持了足夠的塑性；通過不同方向的軋制，弱化了變形織構(gòu)。(2)制備方法簡(jiǎn)單。本發(fā)明利用傳統(tǒng)的軋制技術(shù)，只需改進(jìn)工藝條件，控制適當(dāng)?shù)臏囟群蛙堉频来渭纯色@得高強(qiáng)高塑鎂合金；工藝簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備要求不高，易于工業(yè)化生產(chǎn)。四


圖1循環(huán)軋制方法示意 圖2循環(huán)軋制鎂合金微觀組織；
圖3循環(huán)軋制鎂合金力學(xué)曲線(一)
圖4循環(huán)軋制鎂合金力學(xué)曲線(二)
五
具體實(shí)施例方式 一種鎂合金多面循環(huán)軋制方法，包括兩種方案，具體如下
方案一
第一步采用線切割切取方塊界面的AZ31鎂合金板材，板材尺寸長(zhǎng)約25-35mm，橫截面尺寸約 10_15mmX 10-1 5mm ;
第二步采用二輥軋機(jī)對(duì)合金進(jìn)行第一次軋制，其中，軋輥溫度設(shè)定為室溫，板材預(yù)先進(jìn)行加熱保溫，出爐溫度設(shè)定在300-450°C ;下壓量為板材厚度的10%-15% ；
第三步將試樣繞軋制軸方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，對(duì)合金進(jìn)行第二次軋制，其中，軋輥溫度設(shè)定為室溫，軋制溫度設(shè)定了 300-450°C ;下壓量為棒材厚度的10%-15%;
第二步與第三步構(gòu)成一個(gè)軋制循環(huán)，完成軋制循環(huán)數(shù)設(shè)定為15-20，軋制工藝完成。方案二
第一步采用線切割切取方塊界面的AZ31鎂合金板材，板材尺寸長(zhǎng)約25-35mm，橫截面尺寸約 10_15mmX 10-1 5mm ;
第二步采用二輥軋機(jī)對(duì)合金進(jìn)行第一次軋制，其中，軋輥溫度設(shè)定為室溫，板材預(yù)先進(jìn)行加熱保溫，出爐溫度設(shè)定在300-450°C ;下壓量為總長(zhǎng)度的10%-15% ；
第三步繼續(xù)對(duì)同一軋制面連續(xù)進(jìn)行5-10道次的軋制，每次下壓量依舊為總長(zhǎng)度的10%-15%，隨后將該樣品繞軋制方向旋轉(zhuǎn)90°后，對(duì)合金在新的軋制面上進(jìn)行另外5 —10道次的軋制。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的制備方法進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例11、米用線切割切取方塊橫截面的AZ31鎂合金板材,板材尺寸長(zhǎng)25mm,橫截面尺寸為IOmmX 10mm,并對(duì)合金進(jìn)行坐標(biāo)標(biāo)定；
2、采用二輥軋機(jī)對(duì)合金進(jìn)行第一次軋制，下壓量為1_，其中，軋輥溫度設(shè)定為室溫，軋制棒材溫度設(shè)定為300°C ；
3、以上一道次的軋制方向?yàn)檩S，將試樣順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°后，對(duì)合金進(jìn)行第二次軋制，下壓量相同，其中，軋輥溫度設(shè)定為室溫，軋制棒材溫度設(shè)定為300°C ；
第二步與第三步構(gòu)成一個(gè)軋制循環(huán)，完成軋制循環(huán)數(shù)設(shè)定為15道次，軋制工藝完成。光學(xué)顯微鏡觀察表明鎂合金材料內(nèi)部存在大量的孿晶片，且兩套孿晶束相互正交，晶粒大小約為7Mm，力學(xué)性能可達(dá)到延伸率12%，屈服強(qiáng)度320MPa，抗拉強(qiáng)度360MPa。實(shí)施例2
1、米用線切割切取方塊橫截面的AZ31鎂合金板材,板材尺寸長(zhǎng)30mm,橫截面尺寸為12mmX 12mm,并對(duì)合金進(jìn)行坐標(biāo)標(biāo)定；
2、采用二輥軋機(jī)對(duì)合金進(jìn)行第一次軋制，下壓量約為1.2mm，其中，軋輥溫度設(shè)定為室溫，軋制棒材溫度設(shè)定為350°C ；
3、以上一道次的軋制方向?yàn)檩S，將試樣順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°后，對(duì)合金進(jìn)行第二次軋制，下壓量相同，其中，軋輥溫度設(shè)定為室溫，軋制棒材溫度設(shè)定為350°C ；
第二步與第三步構(gòu)成一個(gè)軋制循環(huán)，完成軋制循環(huán)數(shù)設(shè)定為18道次，軋制工藝完成。光學(xué)顯微鏡觀察表明鎂合金材料內(nèi)部仍存在大量的孿晶片，且兩套孿晶束相互正交，晶粒大小約為7Mm (如圖2所示)，力學(xué)性能可達(dá)到延伸率13%，屈服強(qiáng)度330MPa，抗拉強(qiáng)度360MPa (如圖3所示)。實(shí)施例3
1、米用線切割切取方塊橫截面的AZ31鎂合金板材,板材尺寸長(zhǎng)35mm,橫截面尺寸為15mm X 15mm,并對(duì)合金進(jìn)行坐標(biāo)標(biāo)定；
2、采用二輥軋機(jī)對(duì)合金進(jìn)行第一次軋制，下壓量為1.5_，其中，軋輥溫度設(shè)定為室溫，軋制棒材溫度設(shè)定為450°C ；
3、以上一道次的軋制方向?yàn)檩S，將試樣順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°后，對(duì)合金進(jìn)行第二次軋制，下壓量相同，其中，軋輥溫度設(shè)定為室溫，軋制棒材溫度設(shè)定為450°C ；
第二步與第三步構(gòu)成一個(gè)軋制循環(huán)，完成軋制循環(huán)數(shù)設(shè)定為20道次，軋制工藝完成。光學(xué)顯微鏡觀察表明鎂合金材料內(nèi)部仍存在大量的孿晶片，且兩套孿晶束相互正交，晶粒大小約為7Mm，力學(xué)性能可達(dá)到延伸率13%，屈服強(qiáng)度330MPa，抗拉強(qiáng)度360MPa。實(shí)施例4
1、仍采用線切割切取方塊橫截面的AZ31鎂合金板材，板材尺寸長(zhǎng)25mm，橫截面尺寸為IOmmX IOmm,并對(duì)合金進(jìn)行坐標(biāo)標(biāo)定；
2、對(duì)同一軋制面連續(xù)進(jìn)行5道次的軋制，每次下壓量為1mm，隨后將該樣品繞軋制方向旋轉(zhuǎn)90°后，對(duì)合金在新的軋制面上進(jìn)行另外5道次的軋制；其中，軋輥溫度設(shè)定為室溫，軋制棒材溫度設(shè)定為300°C ；。該工藝條件下同樣可制備出孿晶強(qiáng)化的鎂合金塊體材料，晶粒細(xì)化至SMffl，力學(xué)性能可達(dá)到延伸率12%，屈服強(qiáng)度320MPa，抗拉強(qiáng)度340MPa (如圖4所示)。實(shí)施例51.仍采用線切割切取方塊橫截面的AZ31鎂合金板材，板材尺寸長(zhǎng)30mm，橫截面尺寸為12mmX 12mm,并對(duì)合金進(jìn)行坐標(biāo)標(biāo)定；
2.對(duì)同一軋制面連續(xù)進(jìn)行8道次的軋制，每次下壓量為1. 2mm,隨后將該樣品繞軋制方向旋轉(zhuǎn)90°后，對(duì)合金在新的軋制面上進(jìn)行另外8道次的軋制；其中，軋輥溫度設(shè)定為室溫，軋制棒材溫度設(shè)定為350°C ；
該工藝條件下同樣可制備出孿晶強(qiáng)化的鎂合金塊體材料，晶粒細(xì)化至SMffl，力學(xué)性能可達(dá)到延伸率12%，屈服強(qiáng)度320MPa，抗拉強(qiáng)度350MPa。實(shí)施例6
1、仍采用線切割切取方塊橫截面的AZ31鎂合金板材，板材尺寸長(zhǎng)35mm，橫截面尺寸為15mm X 15mm,并對(duì)合金進(jìn)行坐標(biāo)標(biāo)定；
2、對(duì)同一軋制面連續(xù)進(jìn)行10道次的軋制，每次下壓量為1.5mm,隨后將該樣品繞軋制方向旋轉(zhuǎn)90°后，對(duì)合金在新的軋制面上進(jìn)行另外10道次的軋制；其中，軋輥溫度設(shè)定為室溫，軋制棒材溫度設(shè)定為450°C ；
該工藝條件下同樣可制備出孿晶強(qiáng)化的鎂合金塊體材料，晶粒細(xì)化至SMffl，力學(xué)性能可達(dá)到延伸率11%，屈服強(qiáng)度320MPa，抗拉強(qiáng)度350MPa。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬于本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種鎂合金多面循環(huán)軋制方法，其特征是包含以下步驟第一步采用線切割切取方形橫截面的鎂合金板材；第二步采用二輥軋機(jī)對(duì)合金進(jìn)行第一次軋制；第三步將第一次軋制后的板材繞軋制軸方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，對(duì)合金進(jìn)行第二次軋制，再將第二次軋制后的板材繞軋制軸方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，對(duì)合金進(jìn)行第三次軋制，如此構(gòu)成一個(gè)軋制循環(huán)，軋制工藝完成；或者，將第一次軋制后的板材繼續(xù)進(jìn)行多道次軋制后， 繞軋制軸方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，再對(duì)板材繼續(xù)進(jìn)行多道次軋制，軋制工藝完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金多面循環(huán)軋制方法，其特征是第一步中切割的鎂合金板材尺寸長(zhǎng)約25_35mm,橫截面尺寸約10_15mmX 10_15mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金多面循環(huán)軋制方法，其特征是軋輥溫度設(shè)定為室溫；板材預(yù)先進(jìn)行加熱保溫，出爐溫度設(shè)定在300-450°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金多面循環(huán)軋制方法，其特征是所述軋制下壓量為板材厚度的10%-15%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金多面循環(huán)軋制方法，其特征是第三步中將第一次軋制后的板材繞軋制軸方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，對(duì)合金進(jìn)行第二次軋制，再將第二次軋制后的板材繞軋制軸方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，對(duì)合金進(jìn)行第三次軋制，如此構(gòu)成一個(gè)軋制循環(huán)，軋制工藝完成，其中軋制循環(huán)數(shù)為15-20道次。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金多面循環(huán)軋制方法，其特征是第三步中將第一次軋制后的板材繼續(xù)進(jìn)行多道次軋制后，繞軋制軸方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，再對(duì)板材繼續(xù)進(jìn)行多道次軋制，軋制工藝完成，其中多道次軋制次數(shù)為5-10道次。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金多面循環(huán)軋制方法，其特征是所述鎂合金板材為 AZ31鎂合金板材。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種鎂合金多面循環(huán)軋制方法，使軋制得到的鎂合金晶粒更細(xì)小、強(qiáng)度和延伸率更高，實(shí)現(xiàn)了鎂合金的組織細(xì)化和力學(xué)性能的改善。本發(fā)明的解決方案為將切割好的鎂合金板材進(jìn)行第一次軋制后繞軋制軸方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，對(duì)合金進(jìn)行第二次軋制，并構(gòu)成一個(gè)軋制循環(huán)；或?qū)⑶懈詈玫逆V合金板材進(jìn)行第一次軋制后連續(xù)進(jìn)行多道次軋制，后將板材繞軋制軸方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，再次進(jìn)行多道次軋制。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有益效果本發(fā)明在不同作用面的壓力作用下最大限度的激發(fā)孿晶，引入了孿晶界面強(qiáng)化，極大提高了鎂合金的屈服強(qiáng)度，且制備方法簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)B21B3/00GK103008346SQ20121057483
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者朱榮, 武艷軍, 嵇文青, 蔡霄天, 劉玲麗 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)