專(zhuān)利名稱：一種弱化或消除形變鎂合金織構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鎂合金加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種弱化或消除形變鎂合金織構(gòu)的方法，通過(guò)在 鎂合金中添加稀土元素和利用動(dòng)態(tài)再結(jié)晶協(xié)調(diào)弱化或消除形變鎂合金織構(gòu)。
背景技術(shù)：
鎂合金作為密度最低的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有高比強(qiáng)、高比模和電磁屏蔽等優(yōu)點(diǎn)，在汽車(chē) 、電子、航空航天、國(guó)防等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。但是，鎂合金鑄錠 在經(jīng)過(guò)軋制、擠壓和鍛造成板材或棒料后會(huì)形成強(qiáng)烈的各向異性(織構(gòu))。眾所周知，密排 六方結(jié)構(gòu)的鎂合金，與鋁、鐵等立方結(jié)構(gòu)金屬相比，其晶體結(jié)構(gòu)對(duì)稱性較差，由此導(dǎo)致晶體 在不同方向的力學(xué)特性不同。因此，鎂合金在塑性變形過(guò)程中極易發(fā)生晶體取向變化，變形 后，密排六方結(jié)構(gòu)底面轉(zhuǎn)為與壓縮方向垂直，形成明顯的擇優(yōu)取向，即變形織構(gòu)(見(jiàn)附圖l) 。對(duì)于立方結(jié)構(gòu)金屬的各向異性，目前大多采用控制變形溫度、速度和熱處理來(lái)減輕和避免 。但對(duì)密排六方結(jié)構(gòu)鎂合金而言，這種變形織構(gòu)很難通過(guò)變形工藝和退火工藝來(lái)減輕和消除 。鎂合金的各向異性容易導(dǎo)致各種變形缺陷，制約了其作為結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用前景。為了大規(guī) 模應(yīng)用鎂合金材料和消除其各向異性的缺點(diǎn)，有必要提供一種弱化變鎂合金織構(gòu)的方法。
發(fā)明目的
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足而提供一種工藝設(shè)計(jì)合理、操作簡(jiǎn)單、通過(guò)添加 稀土元素和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶協(xié)調(diào)弱化或消除形變鎂合金織構(gòu)的方法。
本發(fā)明一種弱化或消除形變鎂合金織構(gòu)的方法是采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 第一步鑄造
將純鎂或鎂合金加熱至680 78(TC，熔化，加入占純鎂或鎂合金重量0.9 14X的Y， Er， Gd， Nd， Sc， Zr中的至少一種稀土元素，攪拌后澆注，獲得鑄錠； 第二步均勻化處理
將第一步所得鑄錠加熱到500 53(TC，保溫10 18h進(jìn)行均勻化處理后，自然冷卻至室
溫；
第三步塑性變形
將第二步所得鑄錠加熱到450 50(TC，保溫5 20分鐘后進(jìn)行塑性變形及動(dòng)態(tài)再結(jié)晶， 控制變形溫度在350 50(TC，變形速率為10—4s—工 1013—L ，變形量為30% 80%，即得本發(fā)明之織構(gòu)弱取向或無(wú)取向稀土鎂合金。
本發(fā)明中，所述均勻化處理采用箱式電阻爐進(jìn)行加熱。
本發(fā)明中，所述塑性變形為擠壓、軋制或鍛壓工藝中的一種或多種的結(jié)合。 本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和積極效果
1、 采用本發(fā)明，通過(guò)添加稀土元素和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的協(xié)調(diào)作用可有效抑制和避免變形過(guò) 程中擇優(yōu)取向的形成，由于添加稀土元素可使鎂合金的軸比值降低，非基面滑移系被激活 并大幅提高合金的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶溫度，從而導(dǎo)致其變形織構(gòu)弱化；大幅減輕鎂合金塑性變形
后的各向異性(織構(gòu))，而且還能細(xì)化晶粒組織，提高鎂合金的強(qiáng)度和耐熱性。
2、 采用本發(fā)明，在45(TC的高溫壓縮變形條件下獲得了晶粒尺寸為5mm的稀土鎂合金， 其基面織構(gòu)的相對(duì)強(qiáng)度為2以下。而普通鎂合金在其(0001)基面與壓縮方向夾角為70度左右 ，出現(xiàn)了一個(gè)明顯的取向強(qiáng)度為3的峰值。(見(jiàn)附圖l)
3、 本發(fā)明無(wú)需增加設(shè)備投資和加工熱處理工藝，可根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備加工制造鎂合金板、 帶、棒和鍛件。
綜上所述，本發(fā)明工藝設(shè)計(jì)合理、操作簡(jiǎn)單、通過(guò)添加稀土元素和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶協(xié)調(diào)弱 化或消除形變鎂合金織構(gòu)，還能細(xì)化晶粒組織，提高鎂合金的強(qiáng)度和耐熱性；克服了鎂合 金變形加工時(shí)易于產(chǎn)生變形缺陷的困難，可與現(xiàn)有鎂合金常規(guī)加工設(shè)備配套使用。


附圖l為本發(fā)明實(shí)施例l的稀土鎂合金(Mg-Y)及普通鎂合金高溫?cái)D壓和鍛壓后(0001)基 面的擇優(yōu)取向與相對(duì)強(qiáng)度曲線圖。
附圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的稀土鎂合金(Mg-Y-Nd-Zr)高溫?cái)D壓后(0001)基面的擇優(yōu)取向 與相對(duì)強(qiáng)度曲線圖。
附圖3為本發(fā)明實(shí)施例3的稀土鎂合金(AZ31+Er)高溫?cái)D壓后(0001)基面的擇優(yōu)取向 與相對(duì)強(qiáng)度曲線圖。
附圖4為本發(fā)明實(shí)施例4的稀土鎂合金(AZ31+Nd)高溫?cái)D壓后(0001)基面的擇優(yōu)取向 與相對(duì)強(qiáng)度曲線圖。
附圖5為本發(fā)明實(shí)施例5的稀土鎂合金(Mg-Gd-Y-Sc)高溫軋制后(0001)基面的擇優(yōu)取向 與相對(duì)強(qiáng)度曲線圖。
附圖1中，l一-普通鎂合金高溫?cái)D壓和鍛壓后(0001)基面的擇優(yōu)取向與相對(duì)強(qiáng)度曲線
2—-發(fā)明實(shí)施例l的稀土鎂合金(Mg-Y)高溫?cái)D壓和鍛壓后(0001)基面的擇優(yōu)取向與相對(duì)強(qiáng)度曲線圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。 實(shí)施例l:
首先，將純鎂在680 78(TC之間熔化，加入稀土鎂釔中間合金，攪拌并靜置10分鐘后 進(jìn)行澆注，獲得鑄錠。添加的稀土元素為Y，其中稀土元素Y占純鎂的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)(mass。/。)為 7%。將鑄錠加熱到500 53(TC，保溫10h，進(jìn)行均勻化處理后自然冷卻至室溫。采用箱式 電阻爐將鑄錠加熱，加熱溫度達(dá)到45(TC，保溫5分鐘。然后，采用擠壓后鍛壓的方式進(jìn)行 熱變形，先在350 45(TC之間進(jìn)行擠壓后，再對(duì)擠壓材沿?cái)D壓方向進(jìn)行鍛壓使其發(fā)生動(dòng)態(tài) 再結(jié)晶，再結(jié)晶的體積分?jǐn)?shù)在80%以上，控制溫度為400 45(TC，變形速率為10—3s—、當(dāng)變 形到應(yīng)變量達(dá)到60%以上時(shí)，即得本發(fā)明之無(wú)取向稀土鎂合金。由圖l可知變形后無(wú)明顯 的織構(gòu)強(qiáng)度峰值出現(xiàn)。
實(shí)施例2:
首先，將純鎂在680 78(TC之間熔化，加入Mg-Y， Mg-Nd和Mg-Zr中間合金，攪拌并靜 置10分鐘后進(jìn)行澆注，獲得鑄錠。添加的稀土元素為Y， Nd和Zr，其中稀土元素Y， Nd和Zr 占鎂合金的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)(mass。/。)為5%Y， 3XNd和0. 5%Zr。將鑄錠加熱到500 53(TC ，保 溫13h，進(jìn)行均勻化處理后自然冷卻至室溫。采用箱式電阻爐將鑄錠加熱，加熱溫度達(dá)到 46(TC后，保溫10分鐘。然后，采用擠壓方式進(jìn)行熱變形，使其發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，控制溫度 在35(TC 45(TC之間，擠壓速度在10—4s—、擠壓比為IO，變形量達(dá)到80%，即得本發(fā)明之弱 取向稀土鎂合金。由圖2可知基面織構(gòu)已被弱化，在與壓縮方向夾角為35度和70度方位出 現(xiàn)的織構(gòu)強(qiáng)度峰值都在2以下。
實(shí)施例3:
首先，將純鎂在680 78(TC之間熔化，加入Zn，A1-Mn和Mg-Er稀土中間合金，攪拌并靜 置10分鐘后進(jìn)行澆注，獲得鑄錠。添加的稀土元素為鉺，其中稀土元素Er占鎂合金的質(zhì)量 百分?jǐn)?shù)(mass。/。)0. 9%。將鑄錠加熱到500 53(TC ，保溫15h，進(jìn)行均勻化處理后自然冷卻至 室溫。采用箱式電阻爐將鑄錠加熱，加熱溫度達(dá)到47(TC后，保溫15分鐘。然后，采用擠壓 方式進(jìn)行熱變形，使其發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，控制溫度在35(TC 45(TC之間，擠壓速度在10—3s—，擠壓比為14，變形量達(dá)到70%，即得本發(fā)明之無(wú)取向稀土鎂合金。由圖3可知基面織構(gòu) 強(qiáng)度都在1.5以下，無(wú)明顯的強(qiáng)度峰值出現(xiàn)。 實(shí)施例4:
首先，將純鎂在680 78(TC之間熔化，加入Zn，A1-Mn和Mg-Nd稀土中間合金，攪拌并靜 置10分鐘后進(jìn)行澆注，獲得鑄錠。添加的稀土元素為釹，其中稀土元素Nd占鎂合金的質(zhì)量 百分?jǐn)?shù)(mass。/。)為2X。將鑄錠加熱到500 53(TC ，保溫18h，進(jìn)行均勻化處理后自然冷卻至 室溫。采用箱式電阻爐將鑄錠加熱，加熱溫度達(dá)到48(TC后，保溫20分鐘。然后，采用鍛壓 方式進(jìn)行熱變形，使其發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，控制溫度在35(TC 45(TC之間，擠壓速度在10—1 ，擠壓比為18，變形量達(dá)到30%，即得本發(fā)明之弱取向稀土鎂合金。由圖4可知基面織構(gòu) 已被弱化，其強(qiáng)度從2.2向1緩慢變化。
實(shí)施例5:
首先，將純鎂在680 78(TC之間熔化，加入Mg-Sc， Mg-Gd和Mg-Y中間合金，攪拌并靜 置10分鐘后進(jìn)行澆注，獲得鑄錠。添加的稀土元素為Gd，Y和Sc，其中稀土元素Gd ，Y和Sc占 鎂合金的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)(mass。/。)分別為9XGd，5XY和0. 3% Sc。將鑄錠加熱到52(TC，保溫 10h，進(jìn)行均勻化處理后自然冷卻至室溫。采用箱式電阻爐將鑄錠加熱，加熱溫度達(dá)到500 °C，保溫5分鐘。然后，采用軋制方式進(jìn)行熱變形，使其發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，控制溫度在450 。C 50(TC之間，軋制速度在1013—L ，道次變形量10 20%，當(dāng)累積變形量達(dá)到50%時(shí)，即得 本發(fā)明之弱取向稀土鎂合金。由圖5可知基面織構(gòu)已被弱化，在與壓縮方向夾角為90度方 位出現(xiàn)的織構(gòu)強(qiáng)度峰值在2. 2以下。
權(quán)利要求
1.一種弱化或消除形變鎂合金織構(gòu)的方法，包括以下步驟第一步鑄造將純鎂或鎂合金加熱至680～780℃，熔化，加入占純鎂或鎂合金重量0.9～14％的Y，Er，Gd，Nd，Sc，Zr中的至少一種稀土元素，攪拌后澆注，獲得鑄錠；第二步均勻化處理將第一步所得鑄錠加熱到500～530℃，保溫10～18h進(jìn)行均勻化處理后，自然冷卻至室溫；第三步塑性變形將第二步所得鑄錠加熱到450～500℃，保溫5～20分鐘后進(jìn)行塑性變形及動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，控制變形溫度在350～500℃，變形速率為10-4s-1～101s-1，變形量為30％～80％，即得本發(fā)明之織構(gòu)弱取向或無(wú)取向稀土鎂合金。
2 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種弱化或消除形變鎂合金織構(gòu)的方法，其 特征在于所述變形溫度為400 450。C，變形速率為10-3s-l 100s-l，變形量為45% 65%。
3 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種弱化或消除形變鎂合金織構(gòu)的方法，其 特征在于所述變形溫度為43(TC，變形速率為10-2s-l，變形量為55%。
4 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的一種弱化或消除形變鎂合金織構(gòu)的方 法，其特征在于所述均勻化處理采用箱式電阻爐進(jìn)行加熱
5 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的一種弱化或消除形變鎂合金織構(gòu)的方 法，其特征在于所述塑性變形為擠壓、軋制或鍛壓工藝中的一種或多種的結(jié)合。
全文摘要
一種弱化或消除形變鎂合金織構(gòu)的方法，首先將純鎂或鎂合金加熱熔化，加入占純鎂3或鎂合金重量0.9～14％的Y，Er，Gd，Nd，Sc，Zr中的至少一種稀土元素，澆注，獲得鑄錠；然后，將所得鑄錠加熱到500～530℃，進(jìn)行均勻化處理，自然冷卻至室溫后再將鑄錠加熱到350～500℃進(jìn)行塑性變形及動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，控制變形溫度在350～500℃，變形速率為10^-4s^-1～10¹s^-1’，變形量為30％～80％，即得本發(fā)明之織構(gòu)弱取向或無(wú)取向稀土鎂合金。本發(fā)明工藝設(shè)計(jì)合理、操作簡(jiǎn)單、通過(guò)添加稀土元素和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶協(xié)調(diào)弱化或消除形變鎂合金織構(gòu)，細(xì)化晶粒組織，提高鎂合金的強(qiáng)度和耐熱性；克服了鎂合金變形加工時(shí)易于產(chǎn)生變形缺陷的困難，可與現(xiàn)有鎂合金常規(guī)加工設(shè)備配套使用。
文檔編號(hào)C22F1/06GK101619428SQ20091030507
公開(kāi)日2010年1月6日 申請(qǐng)日期2009年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月31日
發(fā)明者劉楚明, 楊續(xù)躍 申請(qǐng)人:中南大學(xué)