專(zhuān)利名稱(chēng)：一種利用高速?zèng)_鍛制備超細(xì)晶鎂合金的方法
一種利用高速?zèng)_鍛制備超細(xì)晶鎂合金的方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明公開(kāi)了一種超細(xì)晶鎂合金的制備方法，特指利用高速?zèng)_鍛制備超細(xì)晶鎂合金的方法。屬于鎂合金加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鎂合金具有密度低、比強(qiáng)度和比剛度高、電磁屏蔽性能好和易于回收等優(yōu)點(diǎn)，在3C 產(chǎn)品、汽車(chē)、航空航天等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。例如，利用其優(yōu)異的比強(qiáng)度，鎂合金已被廣泛用于制備筆記本電腦殼體和汽車(chē)附件等；因?yàn)槠淞己玫膶?dǎo)熱性而被用于生產(chǎn)發(fā)熱量高的電腦及投影儀的外殼和散熱部件；同時(shí)因其優(yōu)異的電磁屏蔽性能，被用于制造手機(jī)電話(huà)的殼體及屏蔽材料。在這種背景下，鎂合金的發(fā)展面臨著很好的機(jī)遇，其在各種合金制件中所占比例逐年增加。但是，與傳統(tǒng)鋁、鐵等立方結(jié)構(gòu)金屬相比，鎂合金低的強(qiáng)度及塑性嚴(yán)重地限制了鎂合金的廣泛應(yīng)用。
眾所周知，細(xì)化晶粒有利于提高強(qiáng)度和延性。近年來(lái)開(kāi)發(fā)出的超細(xì)晶鎂合金特種加工技術(shù)，如等徑角擠壓(ECAE)等雖可以較好細(xì)化晶粒，但加工材料因受模具限制，尺寸較小，且工序繁多，生產(chǎn)效率低，制約了其在工業(yè)上的推廣和應(yīng)用。利用累積軋制焊(ARB) 也可以細(xì)化晶粒。軋制中，軋件邊部因產(chǎn)生附加拉應(yīng)力而易出現(xiàn)側(cè)裂，故道次壓下量一般不超過(guò)20%，但是為保證鎂合金的順利焊合，又要求道次壓下量大于20%，這就限定了該工藝只適用于AZ31及MB2等塑性較好鎂合金，對(duì)于塑性較差的AZ91等鑄態(tài)鎂合金以及稀土鎂合金等較難應(yīng)用。同時(shí)為累積較大變形量而獲得細(xì)晶，則需要多次重復(fù)ARB過(guò)程(一般至少4-5次)，這無(wú)疑會(huì)降低生產(chǎn)效率、增加成本且晶粒細(xì)化至1 2 μ m已達(dá)極限。為制備晶粒尺寸小于Iym的超細(xì)晶鎂合金和克服現(xiàn)有技術(shù)存在的適用材料有限等問(wèn)題，有必要提供一種新的細(xì)化鎂合金的加工方法。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有關(guān)于制備超細(xì)晶鎂合金工藝中存在的生產(chǎn)效率不高、 適用材料有限、晶粒細(xì)化程度低等問(wèn)題而提供一種加工工藝合理、所需設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便的利用高速?zèng)_鍛制備超細(xì)晶鎂合金的方法。
本發(fā)明的一種利用高速?zèng)_鍛制備超細(xì)晶鎂合金的方法，包括下列步驟
第一步均勻化處理
將鎂合金鑄錠或變形態(tài)材料，加熱到350 550°C，保溫0. 5 24h后空冷；
第二步?jīng)_鍛
將第一步所得材料加熱到?jīng)_鍛溫度250 580°C，保溫10 90min，進(jìn)行至少一次高速?zèng)_鍛，每次高速?zèng)_鍛后水淬，所述每次高速?zèng)_鍛應(yīng)變速率為0. 1 100s—1，壓下量為 60 90%。
本發(fā)明的一種利用高速?zèng)_鍛制備超細(xì)晶鎂合金的方法中，每次高速?zèng)_鍛后，將沖鍛件分割后疊加在一起，加熱后進(jìn)行下一次沖鍛。
本發(fā)明一種利用高速?zèng)_鍛制備超細(xì)晶鎂合金的方法中，所述的保溫時(shí)間10 60min，沖鍛溫度為300 520°C，沖鍛應(yīng)變速率為0. 1 50s—1，單次壓下量為70 90%。
本發(fā)明一種利用高速?zèng)_鍛制備超細(xì)晶鎂合金的方法，所述鎂合金選自Mg-Al-Si 系列合金、Mg-Zn-^ 系列合金或稀土鎂合金中的一種。
本發(fā)明通過(guò)加熱鎂合金后進(jìn)行沖鍛，利用高應(yīng)變速率、大道次壓下量細(xì)化鎂合金晶粒。通過(guò)高應(yīng)變速率結(jié)合大的道次壓下量可獲得細(xì)小晶粒。由于具有密排六方的鎂合金晶體結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)性差，滑移系非常有限，且鎂合金的層錯(cuò)能較低，從而鎂合金在熱壓過(guò)程中很容易發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。利用沖鍛可抑制形核的晶粒長(zhǎng)大，保留細(xì)小的再結(jié)晶晶粒，從而得到晶粒細(xì)小的鎂合金。沖鍛后晶粒細(xì)小的鎂合金經(jīng)剪斷、疊加，加熱后再次沖鍛，反復(fù)循環(huán)可獲得超細(xì)晶鎂合金。
本發(fā)明一種利用高速?zèng)_鍛制備超細(xì)晶鎂合金的方法具有以下幾大優(yōu)點(diǎn)
1、采用高速?zèng)_鍛，道次壓下量大，可以快速、有效地細(xì)化鎂合金晶粒，大幅度提高生產(chǎn)效率，更利于大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。
2、適用材料廣泛，有效地解決了現(xiàn)有制備超細(xì)晶鎂合金方法中存在的難以加工塑性差或變形抗力大的鎂合金這一突出問(wèn)題；
3、本發(fā)明工藝?yán)贸Ｒ?guī)鍛壓設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)合理，設(shè)備要求簡(jiǎn)單，操作方便， 具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。
綜上所述，本發(fā)明工藝設(shè)計(jì)合理，設(shè)備要求簡(jiǎn)單，操作方便，生產(chǎn)效率高，有效地克服了現(xiàn)有技術(shù)關(guān)于難以加工塑形差或變形抗力大的鎂合金，道次變形量小，晶粒細(xì)化緩慢和難以規(guī)?；瘧?yīng)用等問(wèn)題，具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。


附圖1為本發(fā)明高速?zèng)_鍛的原理示意圖。
附圖加為本發(fā)明實(shí)施例1的熱軋態(tài)AZ21鎂合金450°C均勻化退火池后的金相組幺口 /Ν ο
附圖2b為本發(fā)明實(shí)施例1的AZ21鎂合金第一次沖鍛的金相組織，保溫時(shí)間 20min,變形溫度400°C，應(yīng)變速率0.如―1，壓下量72%。
附圖2c為本發(fā)明實(shí)施例1的AZ21鎂合金第二次沖鍛的金相組織，保溫時(shí)間 20min,變形溫度350°C，應(yīng)變速率0.如―1，壓下量70%。
附圖2d為本發(fā)明實(shí)施例1的AZ21鎂合金第三次沖鍛的金相組織，保溫時(shí)間 20min,變形溫度260°C，應(yīng)變速率0.如―1，壓下量72%。
附圖3a為本發(fā)明實(shí)施例2的熱軋態(tài)AZ31鎂合金460°C均勻化退火池后的金相組幺口 /Ν ο
附圖北為本發(fā)明實(shí)施例2的ΑΖ31鎂合金第一次沖鍛的金相組織，保溫時(shí)間 20min,變形溫度450°C，應(yīng)變速率k—1，壓下量73. 4%。
附圖3c為本發(fā)明實(shí)施例2的AZ31鎂合金第二次沖鍛的金相組織，保溫時(shí)間 20min,變形溫度400°C，應(yīng)變速率k—1，壓下量75%。
附圖3d為本發(fā)明實(shí)施例2的AZ31鎂合金第三次沖鍛的金相組織，保溫時(shí)間 20min,變形溫度300°C，應(yīng)變速率k—1，壓下量70%。附圖如為本發(fā)明實(shí)施例3的熱軋態(tài)AZ31鎂合金460°C均勻化退火池后的金相組幺口 /Ν ο
附圖4b為本發(fā)明實(shí)施例3的AZ31鎂合金第一次沖鍛的金相組織，保溫時(shí)間 15min,變形溫度450°C，應(yīng)變速率lk—1，壓下量85. 5%。
附圖如為本發(fā)明實(shí)施例3的AZ31鎂合金第二次沖鍛的金相組織，保溫時(shí)間 15min,變形溫度400°C，應(yīng)變速率lk—1，壓下量72%。
附圖4d為本發(fā)明實(shí)施例3的AZ31鎂合金第三次沖鍛的金相組織，保溫時(shí)間 15min,變形溫度3600C，應(yīng)變速率lk—1，壓下量71.4%。
附圖fe為本發(fā)明實(shí)施例4的熱軋態(tài)AZ91鎂合金460°C均勻化退火池后的金相組幺口 /Ν ο
附圖恥為本發(fā)明實(shí)施例4的ΑΖ91鎂合金第一次沖鍛的金相組織，保溫時(shí)間 20min,變形溫度450°C，應(yīng)變速率如―1，壓下量80%。
附圖5c為本發(fā)明實(shí)施例4的AZ91鎂合金第二次沖鍛的金相組織，保溫時(shí)間 20min,變形溫度400°C，應(yīng)變速率如―1，壓下量77%。
附圖5d為本發(fā)明實(shí)施例4的AZ91鎂合金第三次沖鍛的金相組織，保溫時(shí)間 20min,變形溫度350°C，應(yīng)變速率如―1，壓下量72%。
附圖6a為本發(fā)明實(shí)施例5的熱軋態(tài)160鎂合金460°C均勻化退火池后的金相組幺口 /Ν ο
附圖6b為本發(fā)明實(shí)施例5的3(60鎂合金第一次沖鍛的金相組織，保溫時(shí)間 15min,變形溫度460°C，應(yīng)變速率6s—1，壓下量84. 6%。
附圖6c為本發(fā)明實(shí)施例5的3(60鎂合金第二次沖鍛的金相組織，保溫時(shí)間 15min,變形溫度320°C，應(yīng)變速率6s—1，壓下量82. 8%。
附圖7a為本發(fā)明實(shí)施例6的擠壓態(tài)Mg-6Gd_3Y稀土鎂合金460°C均勻化退火Ih 后的金相組織。
附圖7b為本發(fā)明實(shí)施例6的Mg-6Gd_3Y稀土鎂合金第一次沖鍛的金相組織，保溫時(shí)間25min，變形溫度550°C，應(yīng)變速率0.如―1，壓下量80%。
附圖7c為本發(fā)明實(shí)施例6的Mg-6Gd_3Y稀土鎂合金第二次沖鍛的金相組織，保溫時(shí)間25min，變形溫度520°C，應(yīng)變速率0.如―1，壓下量75%。
附圖7d為本發(fā)明實(shí)施例6的Mg-6Gd_3Y稀土鎂合金第三次沖鍛的金相組織，保溫時(shí)間25min，變形溫度470 V，應(yīng)變速率0.如―1，壓下量72. 4 %。
具體實(shí)施案例
以下結(jié)合實(shí)施例旨在進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。
實(shí)施例1
本實(shí)施例利用原材料為熱軋態(tài)AZ21鎂合金。經(jīng)過(guò)450°C均勻化退火池后，平均晶粒尺寸約為26. 7 μ m(圖加)。放入箱式電阻爐中加熱至400°C后，保溫20min，以應(yīng)變速率為0. 4s-1進(jìn)行沖鍛，壓下量為72%，沖鍛后水淬。平行于壓縮方向切開(kāi)，觀測(cè)橫截面的晶粒度。如圖2b所示，平均晶粒尺寸約為3.5μπι。將第一次沖鍛件對(duì)半切成兩塊，疊加在一起， 加熱到350°C保溫20min后進(jìn)行第二次沖鍛后水淬，應(yīng)變速率和壓下量分別為0. 4s-\70%, 平均晶粒尺寸約為1. 2 μ m(圖2c)。第三次沖鍛控制的保溫時(shí)間、變形溫度、應(yīng)變速率和壓下量分別為20min、26(TC、0. 4s_\72 %，沖鍛后水淬，所得的金相組織如圖2d，平均晶粒尺寸小于1 μ m0
實(shí)施例2
本實(shí)施例利用原材料為熱軋態(tài)AZ31鎂合金。經(jīng)過(guò)460°C均勻化退火池后，平均晶粒尺寸約為24. 5 μ m(圖3a)。放入箱式電阻爐中加熱至450°C后，保溫20min，以應(yīng)變速率為k—1進(jìn)行沖鍛，壓下量為73. 4%，沖鍛后水淬。平行于壓縮方向切開(kāi)，觀測(cè)橫截面的晶粒度。如圖北所示，平均晶粒尺寸約為3.8μπι。將第一次沖鍛件對(duì)半切成兩塊，疊加在一起， 加熱到400°C保溫20min后進(jìn)行第二次沖鍛后水淬，應(yīng)變速率和壓下量分別為%，平均晶粒尺寸約為1. 4μ m(圖3c)。第三次沖鍛控制的保溫時(shí)間、變形溫度、應(yīng)變速率和壓下量分別為201^11、3001、28_1、70(%，沖鍛后水淬，所得的金相組織如圖3d，平均晶粒尺寸小于 1 μ m。
實(shí)施例3
本實(shí)施例利用原材料為熱軋態(tài)AZ31鎂合金。經(jīng)過(guò)460°C均勻化退火池后，平均晶粒尺寸約為24. 5 μ m(圖4a)。放入箱式電阻爐中加熱至450°C后，保溫15min，以應(yīng)變速率為15s—1進(jìn)行沖鍛，壓下量為85.5%，沖鍛后水淬。平行于壓縮方向切開(kāi)，觀測(cè)橫截面的晶粒度。如圖4b所示，平均晶粒尺寸約為3.6μπι。將第一次沖鍛件對(duì)半切成兩塊，疊加在一起，加熱到400°C保溫15min后進(jìn)行第二次沖鍛后水淬，應(yīng)變速率和壓下量分別為Ik—1、 72%，平均晶粒尺寸約為1. 4μ m(圖4c)。第三次沖鍛控制的保溫時(shí)間、變形溫度、應(yīng)變速率和壓下量分別為15min、36(TC、1^^71. 4%，沖鍛后水淬，所得的金相組織如圖4d，平均晶粒尺寸小于1 μ m。
實(shí)施例4
本實(shí)施例利用原材料為熱軋態(tài)AZ91鎂合金。經(jīng)過(guò)460°C均勻化退火池后，平均晶粒尺寸約為58. 4μ m(圖5a)。放入箱式電阻爐中加熱至450°C后，保溫20min，以應(yīng)變速率為4s—1進(jìn)行沖鍛，壓下量為80%，沖鍛后水淬。平行于壓縮方向切開(kāi)，觀測(cè)橫截面的晶粒度。如圖恥所示，平均晶粒尺寸約為3.3μπι。將第一次沖鍛件對(duì)半切成兩塊，疊加在一起， 加熱到400°C保溫20min后進(jìn)行第二次沖鍛后水淬，應(yīng)變速率和壓下量分別為如人77%，平均晶粒尺寸約為1. 1 μ m(圖5c)。第三次沖鍛控制的保溫時(shí)間、變形溫度、應(yīng)變速率和壓下量分別為20min、350"C^s"1,72%,沖鍛后水淬，所得的金相組織如圖5d，平均晶粒尺寸小于 1 μ m。
實(shí)施例5
本實(shí)施例利用原材料為熱軋態(tài)160鎂合金。經(jīng)過(guò)460°C均勻化退火池后，平均晶粒尺寸約為18. 4μ m(圖6a)。放入箱式電阻爐中加熱至460°C后，保溫15min，以應(yīng)變速率為6s—1進(jìn)行沖鍛，壓下量為84. 6%，沖鍛后水淬。平行于壓縮方向切開(kāi)，觀測(cè)橫截面的晶粒度。如圖6b所示，平均晶粒尺寸約為3.2μπι。將第一次沖鍛件對(duì)半切成兩塊，疊加在一起， 加熱到320°C保溫15min后進(jìn)行第二次沖鍛，沖鍛后水淬，應(yīng)變速率和壓下量分別為6s—1、 82. 8%，平均晶粒尺寸小于1 μ m(圖6c)。
實(shí)施例6
本實(shí)施例利用原材料為Mg-Gd-Y鎂合金。經(jīng)過(guò)460°C均勻化退火Ih后，平均晶粒尺寸約為^ym(圖7a)。放入箱式電阻爐中加熱至550°C后，保溫25min，以應(yīng)變速率為0. 4s-1進(jìn)行沖鍛，壓下量為80%，沖鍛后水淬。平行于壓縮方向切開(kāi)，觀測(cè)橫截面的晶粒度。 如圖7b所示，平均晶粒尺寸約為4. 8 μ m。將第一次沖鍛件對(duì)半切成兩塊，疊加在一起，加熱到520°C保溫25min、進(jìn)行第二次沖鍛后水淬，應(yīng)變速率和壓下量分別為0.如^75%,平均晶粒尺寸約為2. 6 μ m(圖7c)。第三次沖鍛控制的保溫時(shí)間、變形溫度、應(yīng)變速率和壓下量分別為25min、47(TC、0. 4^、72. 4%，沖鍛后水淬，所得的金相組織如圖7d，平均晶粒尺寸小于1 μ m0
權(quán)利要求
1.一種利用高速?zèng)_鍛制備超細(xì)晶鎂合金的方法，包括下列步驟第一步均勻化處理將鎂合金鑄錠或變形態(tài)材料，加熱到350 550°C，保溫0. 5 24h后空冷；第二步?jīng)_鍛將第一步所得材料加熱到?jīng)_鍛溫度250 580°C，保溫10 90min，進(jìn)行至少一次高速?zèng)_鍛，每次高速?zèng)_鍛后水淬，所述每次高速?zèng)_鍛應(yīng)變速率為0. 1 100s—1，壓下量為60 90%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用高速?zèng)_鍛制備超細(xì)晶鎂合金的方法，其特征在于 每次高速?zèng)_鍛后，將沖鍛件分割后疊加在一起，加熱后進(jìn)行下一次沖鍛。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種利用高速?zèng)_鍛制備超細(xì)晶鎂合金的方法，其特征在于 所述的保溫時(shí)間10 60min，沖鍛溫度為300 520°C，沖鍛應(yīng)變速率為0. 1 50s—1，單次壓下量為70 90%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的一種利用高速?zèng)_鍛制備超細(xì)晶鎂合金的方法，其特征在于所述鎂合金選自Mg-Al-Si系列合金、Mg-Zn-Zr系列合金或稀土鎂合金中的一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及鎂合金加工技術(shù)，即一種利用高速?zèng)_鍛成型制備超細(xì)晶鎂合金的方法，具體方法將鑄態(tài)或變形態(tài)鎂合金，均勻化退火后，加熱到一定溫度，保溫，進(jìn)行至少一次高速?zèng)_鍛，每次高速?zèng)_鍛后水淬，所述每次高速?zèng)_鍛壓下量為60～90％，應(yīng)變速率為0.1～100s-1；亦可將沖鍛件經(jīng)剪斷、疊加，加熱后進(jìn)行第二次沖鍛，沖鍛溫度比上一次沖鍛溫度低，如此反復(fù)循環(huán)操作。與現(xiàn)有制備超細(xì)晶鎂合金的劇塑性變形工藝相比，本發(fā)明工藝設(shè)計(jì)合理，操作方便，生產(chǎn)效率高，利用常規(guī)鍛壓設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)，設(shè)備要求簡(jiǎn)單、適用材料廣泛，又因道次壓下量大，晶粒細(xì)化快，避免了繁多的工序，提高了生產(chǎn)效率，具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C22F1/06GK102517527SQ20111044806
公開(kāi)日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月28日
發(fā)明者吳新星, 楊續(xù)躍, 馬繼軍 申請(qǐng)人:中南大學(xué)