專利名稱：具有超細(xì)晶粒的Mg₉₇Y₂Zn₁合金的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種金屬材料技術(shù)領(lǐng)域的制備方法，具體是一種具有超細(xì)晶 粒的Mg97Y2Zm合金的制備方法。
背景技術(shù)：
鎂合金是新興的、發(fā)展速度很快、極具潛力的一類金屬結(jié)構(gòu)材料，在汽車、 航空航空工業(yè)上的有著廣闊的應(yīng)用前景。而這些行業(yè)中鎂合金結(jié)構(gòu)件種類繁多、 數(shù)量龐大，并且要求材料具有良好的力學(xué)性能。
Mg97Y2Zm合金以其高強(qiáng)度、良好的延伸率、高應(yīng)變超塑性、良好的熱穩(wěn)定性、
以及較好的高溫強(qiáng)度等滿足汽車、航空航天工業(yè)的需求。目前生產(chǎn)該合金主要是 采用"快速凝固+粉末冶金"方法，不過，由于此方法的加工設(shè)備比較復(fù)雜，加
工過程比較危險(xiǎn)以及其他技術(shù)的難度性，無法實(shí)現(xiàn)Mg97Y2Zm合金的批量生產(chǎn)，限
制該合金的工業(yè)化生產(chǎn)和廣泛應(yīng)用。
與快速凝固粉末冶金法相比，等通道角擠壓法具有以下優(yōu)點(diǎn)加工得到的材
料無孔洞、致密性好，加工設(shè)備簡單、安全、成本低，以及不改變式樣尺寸而實(shí) 現(xiàn)較大幅度塑性變形得到超細(xì)晶粒，提高材料力學(xué)性能等。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，Kawamura Y.等在《Materials Transactions)) (材料學(xué)報(bào)—第42期第1172-1176頁)上發(fā)表的"Rapidly solidified powder metallurgy Mg^ZruYs alloys with excellent tensile yield strength above 600 MPa"(快速固化粉末方法冶煉具有600MPa以上超強(qiáng)延展性的Mg97Znj2合金)，該 文中采用快速冷卻和粉末冶金(RS P/M)條件下制取的Mg97Y2Zm合金具有很高的強(qiáng) 度并具有一定延伸率，分別是610MPa和5y。。其不足在于雖然其強(qiáng)度很高，但是 限于快速冷卻和粉末冶金法的局限性，對外界條件要求苛刻，并且對設(shè)備要求很 高，無法應(yīng)用到工業(yè)中進(jìn)行連續(xù)性生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種具有超細(xì)晶粒的M^LZ" 合金的制備方法，制備獲得的Mg97Y2Zm合金材料性能指標(biāo)為延伸率3.09X，屈服
3強(qiáng)度377. 96MPa，抗拉強(qiáng)度428. 56MPa，極大地?cái)U(kuò)展了 Mg97Y2Zrh合金的應(yīng)用范圍。 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟-第一步、采用熱擠壓機(jī)通過擠壓桿將常規(guī)擠壓態(tài)的MgwY2Zm合金通過擠壓通
道擠入模座進(jìn)行預(yù)擠壓，將滑塊置于模座底部進(jìn)行取樣，得到鎂合金棒材。 所述的熱擠壓機(jī)，其擠壓通道與水平線之間的角度為90。。 所述的熱擠壓機(jī)，其滑塊的運(yùn)動(dòng)路線與水平線之間的角度為O。。 所述的預(yù)擠壓的擠壓速度為22. 6-25. 2mm/min。 所述的鎂合金棒材的直徑為40mm。
第二步、設(shè)定軋輥溫度設(shè)定為室溫，將M^Y2Zru合金棒材加熱后進(jìn)行l(wèi)-6道 次的變形軋制，制成鎂合金板材。
所述的軋輥的上、下輥速比設(shè)定為1.0-1.4。 所述的加熱，具體是指加熱至340-350°C。
所述的變形軋制是指將鎂合金棒材在每道次擠壓后沿經(jīng)擠壓后的條狀鎂合 金棒材的中軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°作為下一道次的擠壓方向，從而形成不同特征的 組織結(jié)構(gòu)。
由于材料內(nèi)積聚的內(nèi)能相對要小，回復(fù)作用不明顯，位錯(cuò)增殖快，位錯(cuò)密度 增大，所以屈服強(qiáng)度逐漸上升，當(dāng)變形量達(dá)到一定程度后，位錯(cuò)的增殖和湮滅達(dá) 到動(dòng)態(tài)平衡，同時(shí)隨著內(nèi)能的增加回復(fù)作用逐漸明顯，屈服強(qiáng)度上升變緩。從而 在這一基礎(chǔ)上提出了經(jīng)預(yù)擠壓，再經(jīng)二至六次道次擠壓，則回復(fù)不容易發(fā)生位錯(cuò) 湮滅速度大大減慢，材料內(nèi)部位錯(cuò)密度增大，從而獲得了力學(xué)性能較高的Mg97Y2Zm 合金材料，其力學(xué)性能分別為延伸率3.09%，屈服強(qiáng)度377.96MPa，抗拉強(qiáng)度 428. 56MPa，極大地?cái)U(kuò)展了Mg97Y2Zm合金的應(yīng)用范圍。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用等通道擠壓實(shí)現(xiàn)深度塑性變形，根據(jù)材料的初 始性能，調(diào)節(jié)等通道擠壓的變形溫度，有效細(xì)化了晶粒和優(yōu)化了組織結(jié)構(gòu)，提高 了Mg97Y2Zm合金的力學(xué)性能，可以直接在鎂合金熱擠壓機(jī)上實(shí)現(xiàn)了Mg97Y2Zm合金材 料的工業(yè)化和連續(xù)性生產(chǎn)。


圖l為等通道角擠壓的四種擠壓路線
圖2為本發(fā)明涉及的等通道角擠壓模具示意圖3為不同道次等通道擠壓的合金的力學(xué)性能示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下 進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限 于下述的實(shí)施例。 實(shí)施例一
1. 如圖2所示，采用普通熱擠壓機(jī)裝置，設(shè)定擠壓通道與水平線之間的角 度為9(T ，設(shè)定滑塊的運(yùn)動(dòng)路線與水平線之間的角度為O。。
2. 給定的鎂合金材料為常規(guī)擠壓態(tài)Mg97Y2Zn,合金，經(jīng)擠壓速度為22. 6mm/min 的預(yù)擠壓后，得到直徑為40mm的Mg97Y2Zm合金棒材，其平均晶粒尺寸為1-3um， 力學(xué)性能分別為延伸率為9. 97%、屈服強(qiáng)度352. OlMPa、抗拉強(qiáng)度412. 83MPa。
3. 設(shè)定軋輥溫度設(shè)定為室溫，上下輥速比設(shè)定為1.0，將Mg^Y2Zm合金棒材 加熱至35(TC后進(jìn)行變形軋制，軋制路線為每一道次結(jié)束之后將MgwY2Z"合金棒 材沿經(jīng)擠壓后的條狀Mg9j2Zm合金棒材的中軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°再進(jìn)行下一道次 的軋制加工。
4. 經(jīng)l道次變形軋制后，合金的晶粒尺寸細(xì)化為300-400nm，如圖3所示， 本實(shí)施例制得的合金的力學(xué)性能分別為延伸率8.63%，屈服強(qiáng)度367. 44MPa， 抗拉強(qiáng)度430. 79MPa。
實(shí)施例二
1. 如圖2所示，采用普通熱擠壓機(jī)裝置，設(shè)定擠壓通道與水平線之間的角 度為90° ，設(shè)定滑塊的運(yùn)動(dòng)路線與水平線之間的角度為O。。
2. 給定的鎂合金材料為常規(guī)擠壓態(tài)Mg97Y2Zm合金，經(jīng)擠壓速度為25. 2mm/min 的預(yù)擠壓后，得到直徑為40mm的棒材，其平均晶粒尺寸為l-3um，力學(xué)性能分 別為延伸率為9.97%、屈服強(qiáng)度352. OlMPa、抗拉強(qiáng)度412. 83MPa。
3. 設(shè)定軋輥溫度設(shè)定為室溫，上下輥速比設(shè)定為1.4，將Mg97Y2Zru合金棒材 加熱至35(TC后進(jìn)行變形軋制，軋制路線為每一道次結(jié)束之后將Mg97Y2Zm合金棒 材沿經(jīng)擠壓后的條狀Mg97Y2Zm合金棒材的中軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°再進(jìn)行下一道次 的軋制加工。
4. 經(jīng)2道次變形軋制后，合金的晶粒尺寸細(xì)化為300-400nm，如圖3所示， 本實(shí)施例制得的合金的力學(xué)性能分別為延伸率7.35%，屈服強(qiáng)度372. 82MPa， 抗拉強(qiáng)度420. 88MPa。實(shí)施例三
1. 如圖2所示，采用普通熱擠壓機(jī)裝置，設(shè)定擠壓通道與水平線之間的角 度為90° ，設(shè)定滑塊的運(yùn)動(dòng)路線與水平線之間的角度為(T 。
2. 給定的鎂合金材料為常規(guī)擠壓態(tài)Mg9j2Zm合金，經(jīng)擠壓速度為25. 2mm/min 的預(yù)擠壓后，得到直徑為40mm的棒材，其平均晶粒尺寸為l-3um，力學(xué)性能分 別為延伸率為9.97%、屈服強(qiáng)度352. OlMPa、抗拉強(qiáng)度412. 83MPa。
3. 設(shè)定軋輥溫度設(shè)定為室溫，上下輥速比設(shè)定為1.0，將Mg97Y2Zm合金棒材 加熱至35(TC，軋制路線為每一道次結(jié)束之后將Mg97Y2Zm合金棒材沿經(jīng)擠壓后的 條狀Mgg7Y2Zm合金棒材的中軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°再進(jìn)行下一道次的軋制加工。
4. 經(jīng)4道次變形后，合金的晶粒尺寸細(xì)化為200-300nm，如圖3所示，本 實(shí)施例制得的合金的力學(xué)性能分別為延伸率6.78%，屈服強(qiáng)度376.82MPa，抗 拉強(qiáng)度412. 75MPa。
實(shí)施例四
1. 如圖2所示，采用普通熱擠壓機(jī)裝置，設(shè)定擠壓通道與水平線之間的角 度為90° ，設(shè)定滑塊的運(yùn)動(dòng)路線與水平線之間的角度為(T 。
2. 給定的鎂合金材料為常規(guī)擠壓態(tài)Mg97Y2Z 合金，經(jīng)擠壓速度為25. 2mm/min 的預(yù)擠壓后，得到直徑為40mm的棒材，其平均晶粒尺寸為1-3ixm，力學(xué)性能分 別為延伸率為9.97%、屈服強(qiáng)度352. OlMPa、抗拉強(qiáng)度412. 83MPa。
3. 設(shè)定軋輥溫度設(shè)定為室溫，上下輥速比設(shè)定為l.O，將Mg97Y2Zm合金棒材 加熱至350°C，軋制路線為每一道次結(jié)束之后將Mg97Y2Zn,合金棒材沿經(jīng)擠壓后的 條狀Mg97Y2Zn,合金棒材的中軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°再進(jìn)行下一道次的軋制加工。
4. 經(jīng)5道次變形后，合金的晶粒尺寸細(xì)化為200-300nm，如圖3所示，本 實(shí)施例制得的合金的力學(xué)性能分別為延伸率4.97%，屈服強(qiáng)度359. 23MPa，抗 拉強(qiáng)度403. 15MPa。
實(shí)施例五
1. 如圖2所示，采用普通熱擠壓機(jī)裝置，設(shè)定擠壓通道與水平線之間的角 度為90° ，設(shè)定滑塊的運(yùn)動(dòng)路線與水平線之間的角度為O。。
2. 給定的鎂合金材料為常規(guī)擠壓態(tài)Mg97Y2Zm合金，經(jīng)擠壓速度為25. 2mra/min 的預(yù)擠壓后，得到直徑為40mra的棒材，其平均晶粒尺寸為1-3um，力學(xué)性能分 別為延伸率為9.97%、屈服強(qiáng)度352. OlMPa、抗拉強(qiáng)度412. 83MPa。3. 設(shè)定軋輥溫度設(shè)定為室溫，上下輥速比設(shè)定為l.O，將Mg97Y2Zm合金棒材 加熱至340°C，軋制路線為每一道次結(jié)束之后將Mg9j2Zm合金棒材沿經(jīng)擠壓后的 條狀Mg97Y2Z 合金棒材的中軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°再進(jìn)行下一道次的軋制加工。
4. 經(jīng)6道次變形后，合金的晶粒尺寸細(xì)化為200-300nm，如圖3所示，本 實(shí)施例制得的合金的力學(xué)性能分別為延伸率3.09%，屈服強(qiáng)度377. 96MPa，抗 拉強(qiáng)度428. 56MPa。
權(quán)利要求
1、一種具有超細(xì)晶粒的Mg97Y2Zn1合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟第一步、采用熱擠壓機(jī)通過擠壓桿將常規(guī)擠壓態(tài)的Mg97Y2Zn1合金通過擠壓通道擠入模座進(jìn)行預(yù)擠壓，將滑塊置于模座底部進(jìn)行取樣，得到鎂合金棒材。第二步、設(shè)定軋輥溫度設(shè)定為室溫，將Mg97Y2Zn1合金棒材加熱后進(jìn)行1-6道次的變形軋制，制成鎂合金板材。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有超細(xì)晶粒的Mg97Y2Zru合金的制備方法，其特 征是，第一步中所述的熱擠壓機(jī)，設(shè)定熱擠壓機(jī)的擠壓通道與水平線之間的角度 為90° 。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有超細(xì)晶粒的Mg97Y2Zm合金的制備方法，其特 征是，第一步中所述的熱擠壓機(jī)，設(shè)定熱擠壓機(jī)的滑塊的運(yùn)動(dòng)路線與水平線之間 的角度為0° 。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有超細(xì)晶粒的Mg97Y2Zm合金的制備方法，其特 征是，第一步中所述的預(yù)擠壓的擠壓速度為22. 6-25. 2mm/min。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有超細(xì)晶粒的Mg97Y2Zn,合金的制備方法，其特 征是，第一步中所述的鎂合金棒材的直徑為40mm。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有超細(xì)晶粒的Mg97Y2Zrii合金的制備方法，其特 征是，第二步中所述的軋輥的上、下輥速比設(shè)定為1.0-1.4。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有超細(xì)晶粒的Mg97Y2Zn,合金的制備方法，其特 征是，第二步中所述的加熱，具體是指加熱至340-35(TC。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有超細(xì)晶粒的Mg97Y2Zm合金的制備方法，其特 征是，第二步中所述的變形軋制是指將鎂合金棒材在每道次擠壓后沿經(jīng)擠壓后 的條狀鎂合金棒材的中軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90。作為下一道次的擠壓方向。
全文摘要
一種金屬制造技術(shù)領(lǐng)域的具有超細(xì)晶粒的Mg₉₇Y₂Zn₁合金的制備方法，包括采用熱擠壓機(jī)通過擠壓桿將常規(guī)擠壓態(tài)的Mg₉₇Y₂Zn₁合金通過擠壓通道擠入模座進(jìn)行預(yù)擠壓，將滑塊置于模座底部進(jìn)行取樣，得到鎂合金棒材；設(shè)定軋輥溫度設(shè)定為室溫，將Mg₉₇Y₂Zn₁合金棒材加熱后進(jìn)行1-6道次的變形軋制，制備獲得的Mg₉₇Y₂Zn₁合金材料性能指標(biāo)為延伸率3.09％，屈服強(qiáng)度377.96MPa，抗拉強(qiáng)度428.56MPa，極大地?cái)U(kuò)展了Mg₉₇Y₂Zn₁合金的應(yīng)用范圍。
文檔編號(hào)C22F1/06GK101565802SQ20091005163
公開日2009年10月28日 申請日期2009年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月21日
發(fā)明者丁文江, 曾小勤, 凌 林, 彬 陳 申請人:上海交通大學(xué);上海輕合金精密成型國家工程研究中心有限公司