本發(fā)明涉及一種多元多尺度結(jié)構(gòu)高鋁含量鎂合金的控制軋制制備方法，屬于金屬材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

鎂合金作為最輕的工程結(jié)構(gòu)金屬材料，擁有許多卓越性能，如高比強(qiáng)度、高比彈性模量、散熱好、消震性能好、能承受高沖擊載荷、并且相較于其他合金更耐有機(jī)物和堿腐蝕，在航空、航天、運(yùn)輸、化工、火箭等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。隨著中國汽車工業(yè)和3c等行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級及中國經(jīng)濟(jì)地位的顯著提升，我國對鎂合金的需求量越來越大，然而鎂屬密排六排結(jié)構(gòu)，滑移系少，塑性變形能力差，這些成為制約鎂合金使用及發(fā)展的重要瓶。鑒于鎂合金本身極限抗拉強(qiáng)度較鋼鐵材料和鋁合金低，如何在不損失強(qiáng)度的同時提高其室溫塑性顯得尤為重要。因而，探索和開發(fā)新型易加工高強(qiáng)塑鎂合金是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。然而，制備高強(qiáng)鎂合金常用的大變形技術(shù)對設(shè)備要求較高且所能加工樣品的尺寸較小，很難實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用所要求的規(guī)模化和產(chǎn)量化。高鋁含量鎂-鋁系合金在傳統(tǒng)軋制過程中極易開裂，且采用多道次小壓下量軋制由于道次繁多、工藝較為繁復(fù)，不利于降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明給出一種多元多尺度結(jié)構(gòu)高鋁含量鎂合金的控制軋制制備方法。該方法工藝簡單、可靠，易于推廣應(yīng)用，非常適用于制備高強(qiáng)塑高鋁含量鎂合金，同時適合于高固溶鎂含量鋁-鎂合金等難變形輕合金。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明給出一種多元多尺度結(jié)構(gòu)高鋁含量鎂合金的控制軋制制備方法，本發(fā)明制備所得鎂合金中晶粒為超細(xì)晶(1微米以下)、細(xì)晶(1～10微米)及粗大晶粒(～70微米)均勻混雜，該結(jié)構(gòu)組織中粗大微米晶有利于材料塑性變形時位錯運(yùn)動的積累與儲存，有效防止在變形過程中材料內(nèi)部應(yīng)力集中；超細(xì)晶、細(xì)晶有利于弱化織構(gòu)，顯著的改善了塑性變形能力，巧妙的解決了“鎂合金強(qiáng)度和塑性同時提高難”瓶頸，制備的板材同時具有高室溫塑性(大于20％)和高強(qiáng)度(高于330mpa)；并且該方法簡單、易操作，能夠制備大尺寸樣品且易于推廣，同時還適用于高固溶鎂含量鋁-鎂合金等難變形材料。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下。

一種多元多尺度結(jié)構(gòu)高鋁含量鎂合金的控制軋制制備方法，該制備方法包括熔煉擠壓、均質(zhì)處理、控制軋制和控制再結(jié)晶四個步驟；所制備的鎂合金組織具有多元多尺度晶粒分布，由平均尺寸小于1微米的超細(xì)晶、尺寸為1～10微米的細(xì)晶和尺寸大于70微米的大晶粒及均勻彌散分布的第二相組成；該方法制備的鎂合金同時室溫塑性大于20％、強(qiáng)度高于330mpa，具體步驟如下：

(1)熔煉擠壓：將質(zhì)量百分比為7-9％的純鋁、1-3％的純錫鑄錠與0-2％的純鋅鑄錠放入熔煉爐，在硫粉以及六氟化硫保護(hù)氣保護(hù)作用下，經(jīng)除雜、精煉過程后于600～740℃進(jìn)行澆注成錠，將所得成分鑄錠在150～350℃進(jìn)行擠壓，獲得擠壓板；

(2)均質(zhì)處理：將擠壓板于380～450℃保溫1～48小時，使晶界處第二相充分回溶，避免擠壓板在單道次大壓下量軋制過程中發(fā)生開裂；

(3)單道次大壓下量控制軋制：將經(jīng)過均質(zhì)處理的擠壓板放入保溫箱中于250～400℃保溫5～60分鐘，在待軋樣品與軋輥之間單側(cè)或雙側(cè)放置厚度為0.6～1.5毫米、硬度為40～80hrc的鋼板，進(jìn)行軋制，軋制壓下量為50～90％；

(4)控制再結(jié)晶：將軋制樣品于250～420℃保溫2～60分鐘、空冷，獲得具有彌散分布第二相和多元多尺度晶粒分布組織的鎂合金板材。

進(jìn)一步地，所述步驟(1)中的熔煉溫度為660～710℃，熔煉環(huán)境保護(hù)氣為六氟化硫，擠壓溫度為220～300℃。

進(jìn)一步地，所述步驟(2)中的均質(zhì)處理溫度為400～430℃，保溫時間為3～24小時。

進(jìn)一步地，所述步驟(3)所述軋制樣品保溫溫度為300～380℃、保溫時間為10～30分鐘；所述每道次變形壓下量為55～85％；所用鋼板厚度為0.8～1.2毫米，硬度為55～65hrc。

進(jìn)一步地，所述步驟(4)中的控制再結(jié)晶溫度為275～350℃，時間為5～30分鐘。

進(jìn)一步地，所述多元多尺度結(jié)構(gòu)高鋁含量鎂合金包括az31、az61、az91、at82、atz821、atz822鎂合金；該制備方法同時適用于銅、鋁難變形合金。

該發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提供了一種工藝簡單、可靠且易于大批量生產(chǎn)及推廣應(yīng)用的多元多尺度結(jié)構(gòu)高鋁含量鎂合金的控制軋制制備方法，所制備的鎂合金板材組織由超細(xì)晶(1微米以下)、細(xì)晶(1～10微米)及粗大晶粒(～70微米)均勻混雜，該組織結(jié)構(gòu)保證了所述鎂合金在具有高強(qiáng)度的同時獲得了高室溫塑性。具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)該制備方法與傳統(tǒng)軋制制備方法相比而言，可以將單道次軋制壓下量提升到50％以上，并且軋制樣品不會開裂。(2)該制備方法與傳統(tǒng)制備方法相比，能夠獲得多元多尺度結(jié)構(gòu)鎂合金，與傳統(tǒng)單一尺寸鎂合金相比，具有高強(qiáng)度的同時保證了高塑性。(3)該制備方法可以適用于其他難變形材料，如高固溶鎂含量鋁-鎂合金、鈦合金等。

附圖說明

圖1為高強(qiáng)塑性atz821合金于275～300℃控制再結(jié)晶后多元多尺度結(jié)構(gòu)組織的ebsd照片。

圖2為高強(qiáng)塑性atz821合金于300～350℃控制再結(jié)晶后多元多尺度結(jié)構(gòu)組織的照片。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行描述，以便更好的理解本發(fā)明。

實(shí)施例1

本實(shí)施例中的多元多尺度結(jié)構(gòu)高鋁含量鎂合金的控制軋制制備方法，具體步驟如下：

(1)熔煉擠壓：將質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比為8.17％和1.95％的純鋁、純錫鑄錠與純鎂鑄錠放入熔煉爐，在硫粉以及六氟化硫等保護(hù)氣保護(hù)作用下，經(jīng)除雜、精煉等過程后于660～700℃進(jìn)行澆注成錠，將所得成分鑄錠在250～300℃進(jìn)行擠壓，獲得擠壓板。

(2)均質(zhì)處理：將擠壓板于400～430℃保溫4～20小時，使晶界處第二相充分回溶，避免擠壓板在單道次大壓下量軋制過程中發(fā)生開裂。

(3)單道次大壓下量控制軋制：將經(jīng)過均質(zhì)處理的擠壓板放入保溫箱中于300～380℃保溫10～30分鐘，在待軋樣品與軋輥之間單側(cè)或雙側(cè)放置厚度為0.8～1.2毫米、硬度為55～65hrc的鋼板，進(jìn)行軋制，軋制壓下量為70～85％。

(4)控制再結(jié)晶：將軋制樣品于275～350℃保溫5～30分鐘、空冷，獲得具有多尺度晶粒分布、高室溫塑性及強(qiáng)度的鎂合金軋板。

實(shí)施例2

本實(shí)施例中的多元多尺度結(jié)構(gòu)高鋁含量鎂合金的控制軋制制備方法，具體步驟如下：

(1)熔煉擠壓：將質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比為8.16％、1.89％和0.22％的純鋁、純錫、純鋅鑄錠與純鎂鑄錠放入熔煉爐，在硫粉以及六氟化硫等保護(hù)氣保護(hù)作用下，經(jīng)除雜、精煉等過程后于660～690℃進(jìn)行澆注成錠，將所得成分鑄錠在250～300℃進(jìn)行擠壓，獲得擠壓板。

(2)均質(zhì)處理：將所獲得擠壓板于400～430℃保溫4～20小時，使晶界處第二相充分回溶，為擠壓板在軋制過程中發(fā)生的不均勻變形奠定結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

(3)單道次大壓下量控制軋制：將經(jīng)過均質(zhì)處理的擠壓板放入保溫箱中于300～350℃保溫10～30分鐘，在待軋樣品與軋輥之間單側(cè)或雙側(cè)放置厚度為0.8～1毫米、硬度為55～60hrc的鋼板，進(jìn)行軋制，軋制壓下量為70～85％。

(4)控制再結(jié)晶：將軋制樣品于275～350℃保溫5～30分鐘、空冷，獲得具有多尺度晶粒分布、高室溫塑性及強(qiáng)度的鎂合金軋板。

實(shí)施例3

本實(shí)施例中的多元多尺度結(jié)構(gòu)高鋁含量鎂合金的控制軋制制備方法，具體步驟如下：

(1)熔煉擠壓：將質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比為8.19％、1.89％和0.56％的純鋁、純錫、純鋅鑄錠與純鎂鑄錠放入熔煉爐，在硫粉以及六氟化硫等保護(hù)氣保護(hù)作用下，經(jīng)除雜、精煉等過程后于670～690℃進(jìn)行澆注成錠，將所得成分鑄錠在250～300℃進(jìn)行擠壓，獲得擠壓板。

(2)均質(zhì)處理：將擠壓板于400～430℃保溫4～20小時，使晶界處第二相充分回溶，為擠壓板在軋制過程中發(fā)生的不均勻變形奠定結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

(3)單道次大壓下量控制軋制：將經(jīng)過均質(zhì)處理的擠壓板放入保溫箱中于300～380℃保溫10～30分鐘，在待軋樣品與軋輥之間單側(cè)或雙側(cè)放置厚度為0.8～1.2毫米、硬度為55～65hrc的鋼板，進(jìn)行軋制，軋制壓下量為70～85％。

(4)控制再結(jié)晶：將軋制樣品于275～350℃保溫5～30分鐘、空冷，獲得具有多尺度晶粒分布、高室溫塑性及強(qiáng)度的鎂合金軋板。

實(shí)施例4

本實(shí)施例中的多元多尺度結(jié)構(gòu)高鋁含量鎂合金的控制軋制制備方法，具體步驟如下：

(1)熔煉擠壓：將質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比為8.09％、1.87％和1.71％的純鋁、純錫、純鋅鑄錠與純鎂鑄錠放入熔煉爐，在硫粉以及六氟化硫等保護(hù)氣保護(hù)作用下，經(jīng)除雜、精煉等過程后于660～680℃進(jìn)行澆注成錠，將所得成分鑄錠在220～300℃進(jìn)行擠壓，獲得擠壓板。

(2)均質(zhì)處理：將擠壓板于400～430℃保溫4～20小時，使晶界處第二相充分回溶，為擠壓板在軋制過程中發(fā)生的不均勻變形奠定結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

(3)單道次大壓下量控制軋制：將經(jīng)過均質(zhì)處理的擠壓板放入保溫箱中于300～380℃保溫10～20分鐘，在待軋樣品與軋輥之間單側(cè)或雙側(cè)放置厚度為1～1.2毫米、硬度為55～60hrc的鋼板，進(jìn)行軋制，軋制壓下量為70～85％。

(4)控制再結(jié)晶：將軋制樣品于275～350℃保溫5～20分鐘、空冷，獲得具有多尺度晶粒分布、高室溫塑性及強(qiáng)度的鎂合金軋板。

實(shí)施例5

本實(shí)施例中的多元多尺度結(jié)構(gòu)高鋁含量鎂合金的控制軋制制備方法，具體步驟如下：

(1)熔煉擠壓：將質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比為8.17％、1.89％和1.19％的純鋁、純錫、純鋅鑄錠與純鎂鑄錠放入熔煉爐，在硫粉以及六氟化硫等保護(hù)氣保護(hù)作用下，經(jīng)除雜、精煉等過程后于660～700℃進(jìn)行澆注成錠，將所得成分鑄錠在220～300℃進(jìn)行擠壓，獲得擠壓板。

(2)均質(zhì)處理：將擠壓板于400～430℃保溫4～20小時，使晶界處第二相充分回溶，為擠壓板在軋制過程中發(fā)生的不均勻變形奠定結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

(3)單道次大壓下量控制軋制：將經(jīng)過均質(zhì)處理的擠壓板放入保溫箱中于300～380℃保溫10～15分鐘，在待軋樣品與軋輥之間單側(cè)或雙側(cè)放置厚度為0.8～1.2毫米、硬度為55～65hrc的鋼板，進(jìn)行軋制，軋制壓下量為60～85％。

(4)控制再結(jié)晶：將軋制樣品于300～350℃保溫5～20分鐘、空冷，獲得具有多尺度晶粒分布、高室溫塑性及強(qiáng)度的鎂合金軋板。該軋制板抗拉強(qiáng)度為370mpa，室溫塑性22％。

圖1為高強(qiáng)塑性atz821合金于275～300℃控制再結(jié)晶后多元多尺度結(jié)構(gòu)組織的ebsd照片。圖2為高強(qiáng)塑性atz821合金于300～350℃控制再結(jié)晶后多元多尺度結(jié)構(gòu)組織的ebsd照片。表1為上述實(shí)施例中的主要制備參數(shù)。

表1五種實(shí)施例的主要制備參數(shù)

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。