本發(fā)明涉及用熱處理法改變有色金屬或合金物理結(jié)構(gòu)的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超細晶az80鎂合金的形變熱處理方法。

背景技術(shù)：

鎂及其合金是迄今工程應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料(密度僅為鋁的2/3)，具有最高的比強度和比剛度、優(yōu)良的工藝性能、良好的導(dǎo)熱、減振及電磁屏蔽性，被認為是制備運輸設(shè)備和飛行器零部件最具有前途的材料。已經(jīng)得到了更多、更廣泛的研究，但在鎂合金的工程應(yīng)用中，比如高性能az80合金，強度和延展性仍然較低。

鎂合金在實際應(yīng)用方面遠不及鋁合金和鋼鐵材料，造成“鎂合金存在前景與現(xiàn)實巨大反差”的原因主要有兩方面：一鎂合金中缺乏有效固溶相、合金元素固溶度低，導(dǎo)致的強度和硬度較低；二鎂合金獨特的密排六方晶體結(jié)構(gòu)，室溫可動滑移系少，變形時無法達到晶體均勻變形所需的至少5個獨立滑移系要求，同時經(jīng)常規(guī)加工工藝制備的鎂合金常存在強的基面織構(gòu)，導(dǎo)致合金塑性差，后續(xù)成型困難。

根據(jù)hall-petch關(guān)系：σ＝σ0+kd^-1/2，可知多晶體材料的晶粒尺寸越細小，屈服強度越高。鎂合金由于滑移系少，其hall-petch常數(shù)k很大，是鋁合金的4倍以上，因此晶粒細化對鎂力學(xué)性能提高的潛力遠大于鋁合金。同時，研究也表明鎂的脆塑性轉(zhuǎn)變溫度隨著晶粒尺寸的減小而逐漸降低，晶粒尺寸細化到2μm時，轉(zhuǎn)變溫度可降低至室溫以下。

近年來，大塑性變形方法作為晶粒細化、獲得高性能材料的有效途徑一直廣受關(guān)注，其包括等徑角擠、累積疊扎、高壓扭轉(zhuǎn)變形和多向鍛造等。其中多向鍛造工藝使用現(xiàn)有的設(shè)備即可制備大塊致密材料，有望直接應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。如公告號為cn102127723b的專利公開了一種獲得高強度、高韌性鎂合金的形變熱處理方法，其將鎂合金鑄錠或熱變形材切割成矩形塊狀，放入爐中加熱至400～460℃保溫1～15小時后水淬冷卻，然后從300～460℃開始，依次沿矩形塊的x軸、y軸、z軸三個方向進行逐道次降溫多軸壓縮變形；每道次變形后，取出試件水淬，然后在比前一道次低10～120℃的溫度下保溫5～10分鐘后繼續(xù)下一道次變形，直至累積真應(yīng)變量大于等于3；控制最終道次的變形溫度為100～300℃，變形后水淬；最后進行人工時效處理。整體而言，該方法操作復(fù)雜、熱處理的過程冗長，而且每道次形變后均需要進行水淬，一方面操作冗繁、另一方面浪費能源，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種超細晶az80鎂合金的形變熱處理方法，用以解決現(xiàn)有鎂合金晶粒細化工藝操作復(fù)雜、不適于工業(yè)化生產(chǎn)的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明方法對az80鎂合金加熱、室溫下進行鍛造，鍛造后無需淬火，轉(zhuǎn)變軸向后進行下一道次的鍛造。具體地，該方法包括如下步驟：

a、將az80鎂合金板材或固溶處理的鑄錠切割成長方體試樣；

b、多向鍛造：將所述長方體試樣加熱至360～420℃、保溫2～20min，然后將所述長方體試樣分別沿其x軸、y軸、z軸三個方向依次以2～15mm/s的變形速率進行鍛造，每個方向鍛造的真應(yīng)變δε為0.15～0.25；

c、按照步驟b對長方體試樣鍛造6～10個循環(huán)，得超az80細晶鎂合金。

上述技術(shù)方案中，沿x軸、y軸、z軸三個方向依次鍛造一道次為一個循環(huán)。一個循環(huán)完成后長方體試樣在360～420℃重新加熱、保溫至長方體試樣的溫度分布均勻，再依次多軸鍛造，共進行6～10個循環(huán)。

優(yōu)選的，步驟a中az80鎂合金的組分配比為：al7.8～9.2％，zn0.20～0.80％，mn0.12～0.50％，si≤0.10％，fe≤0.005％，cu≤0.05％，ni≤0.005％，其余為mg，以上均為重量百分比。

步驟b中所述長方體試樣加熱至380～410℃、保溫5～20min。

步驟b中鍛造的變形速率為2～15mm/s。當變形速率太慢時，鎂合金散熱快溫度減低過多，塑性變差；當變形速率太快時，塑性變形沒有足夠時間完成，塑性也會變差，更優(yōu)選5～10mm/s。

步驟b中每個方向鍛造的真應(yīng)變δε為0.17～0.20。

更優(yōu)選的，步驟b中所述長方體試樣加熱至400℃、保溫5min，然后將所述長方體試樣分別沿其x軸、y軸、z軸三個方向依次以8mm/s的變形速率進行鍛造，每個方向鍛造的真應(yīng)變δε為0.18。

步驟c中對長方體試樣按照步驟b鍛造8個循環(huán)，累積真應(yīng)變量σδε達到4.32。

對上述技術(shù)方案鍛造的超細晶az80鎂合金，進行硬度和拉伸試驗，結(jié)果表明：其硬度達到80～100hv，抗拉強度達350～450mpa，伸長率達15～25％。

本發(fā)明方法具有如下優(yōu)點：(1)本發(fā)明采用傳統(tǒng)鍛造設(shè)備即可，無需采用特殊裝備，投資小，在鍛造過程中，鍛造環(huán)境無需保溫或加熱，節(jié)約能源、適于工業(yè)化生產(chǎn)；(2)每個鍛造循環(huán)后無需淬火，直接在選定溫度下重新加熱，然后進行再鍛造，采用的鍛造技術(shù)已經(jīng)很成熟，工藝簡單易于操作，工人只需簡單培訓(xùn)即可生產(chǎn)；(3)本發(fā)明制備的az80鎂合金平均晶粒尺寸可以達到0.5～1μm，具有較高的強度和較好的塑性，工業(yè)應(yīng)用前景廣闊。

附圖說明

圖1是本發(fā)明多向鍛造的原理示意圖；

圖2a、b、c、d和e分別是實施例1中az80鎂合金長方體試樣的原始板材、1個循環(huán)鍛造后、2個循環(huán)鍛造后、4個循環(huán)鍛造后和8個循環(huán)鍛造后的光學(xué)顯微組織；

圖3是實施例1中az80鎂合金長方體試樣8個循環(huán)鍛造后的晶粒尺寸統(tǒng)計圖。

具體實施方式

以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

實施例1

a、將az80鎂合金板材切割成長方體試樣。

本實施例采用的是厚度為15mm的商用az80鎂合金板材，其組分配比為：al7.8～9.2％，zn0.20～0.80％，mn0.12～0.50％，si≤0.10％，fe≤0.005％，cu≤0.05％，ni≤0.005％，其余為mg，以上均為重量百分比。將其切割成長、寬、高分別為18cm、16.5cm和15cm的長方體試樣，待用。

b、多向鍛造：在爐中將所述長方體試樣加熱至400℃、保溫5min，然后將所述長方體試樣取出，分別沿其x軸、y軸、z軸三個方向依次以8mm/s的變形速率進行鍛造，每個方向鍛造的真應(yīng)變δε為0.18；鍛造時以邊長最長的軸向為x軸，參見圖1。當x軸的真應(yīng)變δε達到0.18時，立即轉(zhuǎn)換成y軸進行鍛造，當y軸的真應(yīng)變δε達到0.18時，立即轉(zhuǎn)換成z軸進行鍛造。三個軸向依次鍛造一道次為一個循環(huán)。長方體試樣加熱均勻、從爐中取出后，立即進行多軸向鍛造，可以采用常用的鍛造設(shè)備，本實施例中采用空氣錘。

c、按照步驟b對長方體試樣鍛造8個循環(huán)，得超細晶鎂合金。按照步驟b的方法和參數(shù)對長方體試樣三個軸向依次鍛造一道次后，完成一個循環(huán)，然后再將長方體試樣加熱至400℃，按照步驟b的參數(shù)對其x軸、y軸、z軸三個方向進行鍛造，完成第二個循環(huán)。如此共進行8個循環(huán)。累積真應(yīng)變量σδε達到4.32。

對az80鎂合金長方體試樣的原始板材，以及每個循環(huán)后的試樣進行光學(xué)顯微組織分析。典型圖依次參見圖2a～e。圖2a所示為原始板料的顯微組織，平均晶粒尺寸約為22.3μm，隨著多向鍛造循環(huán)次數(shù)的增加，合金逐漸細化，多向鍛造8個循環(huán)，試樣中形成了均勻的超細晶組織，平均晶粒尺寸為0.73μm。

如圖2b所示，在1個循環(huán)多向鍛造過程之后，可以觀察到合金的顯微組織主要包括初始變形晶粒和孿晶，大量的孿晶分割初始晶粒，動態(tài)再結(jié)晶過程不明顯。在圖2c中，隨著多向鍛造的道次增加，隨著累積應(yīng)變的增大孿晶密度提高，部分再結(jié)晶可以觀測到，動態(tài)再結(jié)晶的過程仍然不完全。顯微組織由粗晶粒組成，粗晶粒被更多的細晶粒包圍，但粗晶粒占據(jù)更大的部分。

隨著的變形道次的增加，累積應(yīng)變較大時，再結(jié)晶獲得了足夠的動力，如圖2c晶界間出現(xiàn)了很多明顯的細小再結(jié)晶晶粒。進一步增加道次，組織中變化中孿晶分割晶粒、再結(jié)晶的形核及晶粒長大同時進行，并互相影響，合金組織細化速度逐漸減弱。

8個循環(huán)后的晶粒尺寸統(tǒng)計參見圖3，平均晶粒尺寸為0.73μm。

對鍛造8個循環(huán)后的長方體試樣進行硬度和拉伸試驗，硬度和拉伸試驗分別參照gbt4340.1-2009金屬材料維氏硬度試驗第1部分：試驗方法和gbt228.1-2010金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法。結(jié)果表明：鎂合金的硬度達80～110hv，其抗拉強度達350～450mpa，伸長率達15～25％。

實施例2

a、將az80鎂合金板材切割成長方體試樣。

本實施例采用的是厚度為15mm的商用az80鎂合金板材，其組分配比為：al7.8～9.2，zn0.20～0.80，mn0.12～0.50，si≤0.10，fe≤0.005，cu≤0.05，ni≤0.005其余為mg，以上均為重量百分比。將其切割成長、寬、高分別為18mm、16.5mm和15mm的長方體試樣，待用。

b、多向鍛造：將所述長方體試樣加熱至380℃、保溫8min，然后將所述長方體試樣分別沿其x軸、y軸、z軸三個方向依次以3mm/s的變形速率進行鍛造，每個方向鍛造的真應(yīng)變δε為0.16；鍛造時以邊長最長的軸向為x軸。

c、按照步驟b對長方體試樣鍛造9個循環(huán)，得超細晶鎂合金。按照步驟b的方法和參數(shù)對長方體試樣三個軸向依次鍛造一道次后，完成一個循環(huán)，然后再將長方體試樣加熱至380℃，按照步驟b的參數(shù)對其x軸、y軸、z軸三個方向進行鍛造，完成第二個循環(huán)。如此共進行9個循環(huán)。累積真應(yīng)變量σδε達到4.32。

對az80鎂合金長方體試樣的原始板材，以及每個循環(huán)后的試樣進行光學(xué)顯微組織分析。結(jié)果表明：隨著多向鍛造循環(huán)次數(shù)的增加，合金逐漸細化，多向鍛造9個循環(huán)，試樣中形成了均勻的超細晶組織，平均晶粒尺寸為0.7μm。

對鍛造9個循環(huán)后的長方體試樣進行硬度和拉伸試驗，結(jié)果表明：鎂合金長方體試樣的硬度達80～100hv，其抗拉強度達350～450mpa，伸長率達15～25％。

實施例3

a、將az80鎂合金板材切割成長方體試樣。

本實施例采用的是厚度為15mm的商用az80鎂合金板材，其組分配比為：al7.8～9.2，zn0.20～0.80，mn0.12～0.50，si≤0.10，fe≤0.005，cu≤0.05，ni≤0.005其余為mg，以上均為重量百分比。將其切割成長、寬、高分別為18mm、16.5mm和15mm的長方體試樣，待用。

b、多向鍛造：將所述長方體試樣加熱至420℃、保溫4min，然后將所述長方體試樣分別沿其x軸、y軸、z軸三個方向依次以14mm/s的變形速率進行鍛造，每個方向鍛造的真應(yīng)變δε為0.25。

c、按照步驟b對長方體試樣鍛造6個循環(huán)，得超細晶鎂合金。按照步驟b的方法和參數(shù)對長方體試樣三個軸向依次鍛造一道次后，完成一個循環(huán)，然后再將長方體試樣加熱至420℃，按照步驟b的參數(shù)對其x軸、y軸、z軸三個方向進行鍛造，完成第二個循環(huán)。如此共進行6個循環(huán)。累積真應(yīng)變量σδε達到4.5。

對az80鎂合金長方體試樣的原始板材，以及每個循環(huán)后的試樣進行光學(xué)顯微組織分析。結(jié)果表明：隨著多向鍛造循環(huán)次數(shù)的增加，合金逐漸細化，多向鍛造6個循環(huán)，試樣中形成了均勻的超細晶組織，平均晶粒尺寸為0.8μm。

對鍛造6個循環(huán)后的長方體試樣進行硬度和拉伸試驗，結(jié)果表明：鎂合金的硬度達80～110hv，其抗拉強度達350～450mpa，伸長率達15～25％。

實施例4

a、將固溶處理后的az80鎂合金鑄錠切割成長方體試樣。

az80鎂合金的組分配比參見實施例1。鑄錠固溶處理的步驟為：將鑄錠加熱到400～410℃，保溫16～24小時，然后出爐水淬。

長方體試樣的長、寬、高分別為20mm、18mm和15mm。

b、多向鍛造：將所述長方體試樣加熱至410℃、保溫3min，然后將所述長方體試樣分別沿其x軸、y軸、z軸三個方向依次以5mm/s的變形速率進行鍛造，每個方向鍛造的真應(yīng)變δε為0.20。

c、按照步驟b對長方體試樣鍛造7個循環(huán)，得超細晶鎂合金。累積真應(yīng)變量σδε達到4.2。

對鍛造7個循環(huán)后的長方體試樣進行硬度和拉伸試驗，結(jié)果表明：鎂合金的硬度達90～110hv，其抗拉強度達400～450mpa，伸長率達15～25％。

雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明及具體實施例對本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對之作一些修改或改進，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進，均屬于本發(fā)明要求保護的范圍。