專利名稱：一種高強度高韌性鎂合金板帶材的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了一種高強度高韌性鎂合金板帶材的制備方法，特指利用冷變形以及 人工時效處理制備高強度高韌性鎂合金板帶材。屬于鎂合金加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鎂合金是目前國內(nèi)外備受重視的輕質(zhì)金屬材料，在汽車、航空航天和機電與電子 產(chǎn)品的生產(chǎn)領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，是鋼鐵和鋁合金材料理想的輕量化替代材料。但是與 它們相比，鎂合金低的強度和硬度嚴(yán)重地限制了其使用范圍，因此制備出高強度、高硬度的 鎂合金具有十分重要的意義。鎂合金的特種加工技術(shù)，如ECAE等的確可以獲得很高的力學(xué)性能，但制備出的材 料通常具有較低的延性，而且因加工材料受模具尺寸的限制，工序繁多，生產(chǎn)效率底、成本 高等問題難以投入工業(yè)應(yīng)用。另外，可時效強化變形鎂合金，通過時效處理也可以提高變形 鎂合金的強度，但需要添加大量昂貴的稀土元素，增加了生產(chǎn)成本，且制得的鎂合金盡管具 有較高的強度，塑性卻較差，嚴(yán)重影響了其后續(xù)成型能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足而提供一種加工工藝合理、設(shè)備要求簡 單，操作方便，通過室溫或液氮冷卻下的極低溫變形以及人工時效處理相結(jié)合制備高強度 高韌性鎂合金板帶材的方法。一種高強度高韌性鎂合金板帶材的制備方法，包括下述步驟第一步室溫下冷變形或液氮深冷處理后冷變形將原始熱變形態(tài)或固溶態(tài)鎂合金直接進(jìn)行冷變形，或?qū)⒃紵嶙冃螒B(tài)鎂合金或固溶態(tài)鎂合金置于液氮中深冷處理后進(jìn)行冷變形，所述 冷變形量為5% 20% ；第二步人工時效將第一步所得的試件加熱到100 250°C保溫5 100小時后，水淬冷卻，即獲得
高強度高韌性鎂合金板帶材。本發(fā)明中，所述熱變形態(tài)或固溶態(tài)鎂合金為可時效強化變形鎂合金。本發(fā)明中，所述固溶態(tài)鎂合金是將熱變形態(tài)鎂合金加熱到400 540°C，保溫1 15小時后，出爐水淬而得到。本發(fā)明中，所述深冷處理是將鎂合金試件置于液氮中浸泡5 20min。本發(fā)明中，所述的冷變形為冷軋或冷鍛。本發(fā)明方法利用室溫或液氮冷卻下的極低溫變形產(chǎn)生大量位錯、孿晶等促進(jìn)析出 相形核，對稀土及其他可時效強化鎂合金都具有很好的強化效果，而且產(chǎn)生的孿晶還可以 改變晶粒取向弱化原始織構(gòu)，提高合金延性。此外，采用冷變形還可以節(jié)約能源、降低成本， 特別適合制備大件鎂合金，使高強度高韌性鎂合金的低成本規(guī)?；苽涑蔀榭赡?。
本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果簡述于下本發(fā)明以鎂合金熱變形材為原材料，對其進(jìn)行冷變形和隨后的人工時效處理，制 備出高強度高韌性鎂合金板帶材；具有如下優(yōu)點1、利用冷變形引入的大量位錯和孿晶等缺陷不僅可以起到很好的強化作用，還可 以有效地促進(jìn)析出相的形核，對稀土及其他可時效強化鎂合金都有很好的強化效果。2、本發(fā)明節(jié)約能源，有利于降低成本，特別適合大件高強度高韌性鎂合金的制備， 易于大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用。3、本發(fā)明工藝設(shè)計合理，設(shè)備要求簡單，可制備出強度和延性綜合機械性能優(yōu)異 的鎂合金板帶材，有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。綜上所述，本發(fā)明工藝設(shè)計合理，設(shè)備要求簡單，操作方便，可有效克服現(xiàn)有高強 度高韌性鎂合金制備工藝中存在的成本高、不易制備大件鎂合金和難以規(guī)?；瘧?yīng)用問題， 制備出強度和延性綜合機械性能優(yōu)異的鎂合金板帶材，有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。


附圖1為本發(fā)明實施例1的熱變形態(tài)AZ91鎂合金采用現(xiàn)行方法直接在200°C下時 效以及經(jīng)8%的冷軋和在2000C時效的硬度曲線。附圖2為本發(fā)明實施例2的AZ91鎂合金經(jīng)430°C保溫4小時后的固溶態(tài)AZ91鎂 合金室溫冷軋至8%后，在200°C時效的硬度曲線。附圖3 (a)為本發(fā)明實施例2的AZ91鎂合金在430°C保溫4小時后的固溶態(tài)金相組織。附圖3(b)為本發(fā)明實施例2的固溶態(tài)AZ91鎂合金室溫冷軋至8%的后，在200°C 時效10小時后的金相組織。附圖4為本發(fā)明實施例4的熱變形態(tài)GW103稀土鎂合金采用現(xiàn)行方法直接在 200°C下時效以及經(jīng)9%的冷鍛后在200°C時效的硬度曲線。附圖5(a)、(b)分別為本發(fā)明實施例4的熱變形態(tài)GW103稀土鎂合金經(jīng)9%的冷 鍛后，在200°C時效50小時后的金相組織和掃描電鏡組織。圖中附圖1中，曲線1為實施例1處理的熱變形態(tài)AZ91鎂合金的硬度曲線；曲線2為 采用現(xiàn)行方法處理的熱變形態(tài)AZ91鎂合金的硬度曲線。附圖3(a)、(b)的金相組織可以看出，固溶處理后的AZ91鎂合金經(jīng)冷軋和時效后 晶粒內(nèi)產(chǎn)生大量孿晶以及大量優(yōu)先從孿晶內(nèi)及附近區(qū)域析出的細(xì)小、彌散分布的顆粒狀第二相。附圖4中，曲線3為實施例4處理的熱變形態(tài)GW103稀土鎂合金的硬度曲線；曲線 4為采用現(xiàn)行方法處理的熱變形態(tài)GW103稀土鎂合金的硬度曲線。附圖5(a)、(b)的金相組織和掃描電鏡組織可以看到，鎂合金晶粒內(nèi)均勻、彌散地 分布著細(xì)條狀的析出物。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明作詳細(xì)介紹
實施例1室溫下對熱變形態(tài)AZ91鎂合金進(jìn)行冷軋，變形至8%后在200°C下人工時效。由 附圖1可看出，經(jīng)本發(fā)明工藝處理后的鎂合金，最佳時效時間為8-10小時，最高硬度可達(dá) 102Hv，較傳統(tǒng)熱變形后直接時效處理提高了近10%。經(jīng)檢測，其抗壓強度達(dá)468MPa，最大 壓縮率達(dá)13. 8%。實施例2將熱變形態(tài)AZ91鎂合金置于爐內(nèi)加熱到430°C保溫4小時后水淬冷卻，在室溫下 冷軋至8%后置于200°C下人工時效。由附圖2可看出，最佳時效時間為10小時，此時硬度 可達(dá)ΙΟΙΗν。由附圖3可知，這種高硬度主要源于冷變形中產(chǎn)生的大量孿晶以及優(yōu)先從孿晶 內(nèi)和附近區(qū)域析出的大量細(xì)小、彌散分布的顆粒狀第二相。結(jié)合表1可知，此時鎂合金試件 的抗壓強度和最大壓縮率分別為472MPa和20. 2%，較現(xiàn)行方法處理的413ΜΙ^和14. 3%均 有大幅度提高。實施例3將熱變形態(tài)ΑΖ91鎂合金置于爐內(nèi)加熱到430°C保溫4小時后水淬冷卻，再放入液 氮中保溫15min進(jìn)行深冷處理，隨后進(jìn)行冷軋，變形至8%后在200°C下人工時效。時效10 小時后，鎂合金的硬度高達(dá)ΙΙΟΗν，結(jié)合表1可知，此時鎂合金試件的抗壓強度和最大壓縮 率分別為488MPa和15. 4%。實施例4室溫下對熱變形態(tài)GW103稀土鎂合金進(jìn)行冷鍛，變形至9%后在20(TC下人工時 效。由附圖4可看出，經(jīng)本發(fā)明工藝處理后的鎂合金硬度有了大幅度提高，在時效50小時 后硬度達(dá)到了 135Hv，較現(xiàn)行方法處理的124Hv提高了近9%。結(jié)合附圖5可看出，此時鎂 合金晶粒內(nèi)均勻、彌散地分布著細(xì)條狀的析出物。實施例5將熱變形態(tài)AZ91鎂合金置于爐內(nèi)加熱到400°C保溫15小時后水淬冷卻，再放入 液氮中保溫20min進(jìn)行深冷處理，隨后進(jìn)行冷軋，變形至20%后在100°C下人工時效。時效 100小時后，鎂合金的硬度高達(dá)115HV，經(jīng)檢測，此時鎂合金試件的抗壓強度和最大壓縮率 分別為 493MPa 禾口 14. 4% 實施例6將熱變形態(tài)GW103稀土鎂合金置于爐內(nèi)加熱到保溫1小時后水淬冷卻，再放 入液氮中保溫5min進(jìn)行深冷處理，隨后進(jìn)行冷軋，變形至5%后在250°C下人工時效。時效 25小時后，鎂合金的硬度高達(dá)130Hv。熱變形態(tài)AZ91鎂合金采用本發(fā)明實施例1-3的處理工藝及現(xiàn)行方法處理后的最 大壓縮率和抗壓強度數(shù)據(jù)見表1。表 權(quán)利要求
1.一種高強度高韌性鎂合金板帶材的制備方法，包括下述步驟第一步室溫下冷變形或液氮深冷處理后冷變形將原始熱變形態(tài)或固溶態(tài)鎂合金直接進(jìn)行冷變形，或?qū)⒃紵嶙冃螒B(tài)鎂合金或固溶態(tài)鎂合金置于液氮中深冷處理后進(jìn)行冷變形，所述冷變 形量為5% 20% ；第二步人工時效將第一步所得的試件加熱到100 250°C保溫5 100小時后，水淬冷卻，即獲得高強 度高韌性鎂合金板帶材。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度高韌性鎂合金板帶材的制備方法，其特征在于 所述冷變形量為8% 15% ；所述人工時效溫度為120 220°C，保溫，10 90小時。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度高韌性鎂合金板帶材的制備方法，其特征在于 所述冷變形量為10% 12% ；所述人工時效溫度為150 200°C，保溫，15 60小時。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度高韌性鎂合金板帶材的制備方法，其特征在于 所述熱變形態(tài)或固溶態(tài)鎂合金為可時效強化變形鎂合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度高韌性鎂合金板帶材的制備方法，其特征在于 所述固溶態(tài)鎂合金是將熱變形態(tài)鎂合金加熱到400 540°C，保溫1 15小時后，出爐水淬 而得到。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度高韌性鎂合金板帶材的制備方法，其特征在于 所述深冷處理是將鎂合金試件置于液氮中浸泡5 20min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度高韌性鎂合金板帶材的制備方法，其特征在于 所述的冷變形為冷軋或冷鍛。
全文摘要
一種通過冷變形以及人工時效處理制備高強度高韌性鎂合金板帶材的方法，是將熱變形態(tài)鎂合金或經(jīng)400～540℃保溫1～15小時后水淬冷卻的固溶態(tài)鎂合金置于液氮中深冷處理后進(jìn)行冷變形，也可對原始熱變形態(tài)或固溶態(tài)鎂合金直接進(jìn)行冷變形，控制變形量為5％～20％；最后在100～250℃下保溫5～100小時進(jìn)行人工時效處理，即可獲得高強度高韌性鎂合金。本發(fā)明工藝設(shè)計合理，設(shè)備要求簡單，操作方便，可有效克服現(xiàn)有高強度高韌性鎂合金制備工藝中存在的成本高、不易制備大件鎂合金和難以規(guī)?；瘧?yīng)用的問題；制備出強度和延性綜合機械性能優(yōu)異的鎂合金板帶材，有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。
文檔編號C22F1/06GK102127725SQ201110041708
公開日2011年7月20日 申請日期2011年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月21日
發(fā)明者吳新星, 姜育培, 楊續(xù)躍 申請人:中南大學(xué)