本發(fā)明涉及金屬材料領域，特別是涉及一種高強塑性混晶結構鋁-鎂合金的制備方法。

背景技術：

鋁-鎂合金密度低、比強度高、具有良好的加工性能、抗腐蝕性能、焊接性能和抗疲勞強度，且價格低廉。高強度鋁-鎂合金成為替代傳統(tǒng)鋼鐵零部件的熱門候選材料，在航空航天、交通運輸和建筑結構等領域有廣泛的應用前景。然而，傳統(tǒng)變形鋁-鎂合金的強度很難與鋼材媲美。利用大變形技術可以大幅度提高鋁-鎂合金的強度，近年來引起了人們的廣泛關注。目前，高強度非熱處理鋁-鎂合金的制備方法主要有：高壓扭轉、等通道角擠壓、機械冶金法等。然而，高強度鋁-鎂合金通常塑性較低，嚴重限制了其工業(yè)應用。本發(fā)明給出一種高強塑性混晶結構鋁-鎂合金的制備方法，獲得的納米晶、超細晶、微米晶混合共存的混晶結構有利于塑性變形過程的位錯運動、積累和儲存，有效防止變形過程中局部塑性應變集中，顯著提高了材料的塑性變形能力。本發(fā)明方法簡單、可靠，能夠制備較大尺寸樣品、易于推廣應用，非常適合于批量生產高強塑性混晶鋁-鎂合金板材。該發(fā)明方法亦可適用于鎂合金、鈦合金等難變形金屬材料。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提供一種工藝簡單、高效，且易于批量生產和推廣應用的高強塑混晶結構(納米晶、超細晶、微米晶共存)鋁-鎂合金的制備方法，顯著提高了不可時效硬化鋁-鎂合金的強度和塑性。

一種高強塑性混晶結構鋁-鎂合金的制備方法，該制備方法包括均質固溶處理、中間退火輔助大壓下量控制軋制兩個步驟，通過均質化處理、中間退火輔助大壓下量控制軋制，促進微觀非均勻變形及部分再結晶，制備出納米晶/超細晶與微米晶共存的混晶結構高強塑鋁-鎂合金，該制備方法包括以下步驟：

(1)高溫均質固溶處理：將固溶鎂含量大于5％的鑄造鋁-鎂合金進行450-600攝氏度保溫100-300分鐘的均質化熱處理，消除鑄態(tài)組織中元素宏觀偏析并實現(xiàn)合金元素高固溶化；

(2)中間退火輔助大壓下量控制軋制：將上述均質態(tài)樣品進行大壓下量控制軋制變形，其中每道次壓下量大于等于50％，樣品表面無明顯微裂紋產生；將軋制變形樣品置于空氣加熱爐或鹽浴爐中，在200-400攝氏度保溫1-45分鐘，消除內應力，形成回復或再結晶組織；然后繼續(xù)進行壓下量大于等于50％的軋制加工。

反復進行步驟(2)，直至樣品的總壓下量達到75％以上，獲得同時具有高強度和高塑性的混晶結構鋁-鎂合金板材。

優(yōu)選的，步驟(1)所述均質熱處理溫度為480-580攝氏度，保溫時間為150-250分鐘。

優(yōu)選的，步驟(2)所述每道次壓下量為50-70％，總壓下量為75％以上；所述中間退火溫度為250-350攝氏度，保溫時間為5-30分鐘。

采用以上技術方案的有益效果是：本發(fā)明提供一種能夠制備大尺寸板材、工藝簡單、高效，適合于批量生產具有高強塑性混晶結構鋁-鎂合金的制備方法，主要具有以下優(yōu)點：

(1)本發(fā)明制備的鋁-鎂合金所含合金元素僅有兩種，有利于回收再利用；本發(fā)明制備的鋁-鎂合金中所加入的鎂元素含量較高，有利于促進微觀非均勻變形和位錯繁殖、演化及再結晶動力學；

(2)中間退火輔助大壓下量控制軋制能有效減少材料內應力，有利于增加變形量獲得混晶中的超細晶/納米晶；同時，也利于提高材料的變形能力及成品率；

(3)本發(fā)明中混晶結構組織與傳統(tǒng)粗晶組織相比，晶界強化和位錯強化明顯增強，顯著提高了材料的強度；與單一納米晶或超細晶組織相比，明顯有利于塑性變形過程的位錯滑移、積累和儲存，顯著提高了材料的加工硬化和塑性變形能力；

(4)該制備方法適合于批量生產高強塑性鋁-鎂合金，突破了“不可熱處理鋁合金強塑性難以同時提高”傳統(tǒng)認識。

(5)該發(fā)明方法亦可適用于鎂合金、鈦合金等難變形輕合金材料。

附圖說明：

圖1為高強塑性al-5mg合金的混晶結構組織的ebsd照片

圖2為高強塑性al-8mg合金的混晶結構組織的tem照片

具體實施方式

本發(fā)明的制備方法具體包括為：首先通過高溫均質化處理消除鑄態(tài)組織中元素宏觀偏析并實現(xiàn)合金元素高固溶化，然后通過中間退火輔助大壓下量控制軋制，引入高密度位錯并細化晶粒；該方法制備的鋁-鎂合金組織中納米晶/超細晶與微米晶混雜共存；與單一納米晶或超細晶結構鋁–鎂合金相比，該混晶鋁–鎂合金具有高強塑性。

實施例一

(1)高溫均質化處理：將鑄造al-5mg合金進行580攝氏度保溫180分鐘的均質化熱處理，消除鑄態(tài)組織中元素宏觀偏析并實現(xiàn)合金元素高固溶化；

(2)中間退火輔助大壓下量控制軋制：將均質熱處理后的al-5mg合金加工成一定尺寸的試樣，然后進行單道次壓下量為60％的軋制變形，樣品表面沒有微裂紋產生；將變形樣品置于空氣加熱爐或鹽浴爐中，在320攝氏度保溫10分鐘，消除內應力，形成回復或再結晶組織，然后將樣品放入涼水中降至室溫；對中間退火后的樣品進行室溫下壓下量為70％的軋制變形，即總壓下量達到88％，樣品表面沒有明顯微裂紋產生。

軋制試樣組織中超細晶粒小于300nm，粗大晶粒尺寸大于20m。材料的屈服強度為206mpa，抗拉強度為412mpa，斷裂延伸率為12％。

實施例二

(1)高溫均質化處理：將鑄造al-7mg合金進行550攝氏度保溫180分鐘的均質化熱處理，消除鑄態(tài)組織中元素宏觀偏析并實現(xiàn)合金元素高固溶化；

(2)中間退火輔助大壓下量控制軋制：將均質熱處理后的al-7mg合金加工成一定尺寸的試樣，然后進行單道次壓下量為70％的軋制變形，樣品表面沒有微裂紋產生；將變形樣品置于空氣加熱爐或鹽浴爐中，在350攝氏度保溫5分鐘，消除內應力，形成回復或再結晶組織，然后將樣品放入涼水中降至室溫；對中間退火后的樣品進行室溫下壓下量為70％的軋制變形，即總壓下量達到91％，樣品表面沒有明顯微裂紋產生。

材料的屈服強度為397mpa，抗拉強度為553mpa，斷裂延伸率大于等于10％。

實施例三

(1)高溫均質化處理：將鑄造al-7mg-0.2sc合金鑄錠進行550攝氏度保溫180分鐘的均質化熱處理，消除鑄態(tài)組織中元素宏觀偏析并實現(xiàn)合金元素高固溶化；

(2)中間退火輔助大壓下量控制軋制：將均質熱處理后的al-7mg-0.2sc合金加工成一定尺寸的軋制試樣，然后進行兩道次軋制變形，每道次壓下量為50％，樣品表面沒有微裂紋產生；將軋制后的樣品置于空氣加熱爐或鹽浴爐中，在350攝氏度保溫10分鐘，消除內應力，然后將樣品放入涼水中降至室溫；對中間退火后的樣品進行室溫下進行單道次壓下量為60％的軋制變形，即總壓下量達到90％，樣品表面沒有明顯微裂紋產生。

軋制試樣的屈服強度為383mpa，抗拉強度為552mpa，斷裂延伸率為17％。

實施例四

(1)高溫均質化處理：將鑄造al-8mg合金進行500攝氏度保溫180分鐘的均質化熱處理，消除鑄態(tài)組織中元素宏觀偏析并實現(xiàn)合金元素高固溶化；

(2)中間退火輔助大壓下量控制軋制：將均質熱處理后的al-8mg合金加工成一定尺寸的試樣，然后進行單道次壓下量為50％的軋制變形，樣品表面沒有微裂紋產生；將變形樣品置于空氣加熱爐或鹽浴爐中，在400攝氏度保溫5分鐘，消除內應力，形成回復或再結晶組織，然后將樣品放入涼水中降至室溫；對中間退火后的樣品進行室溫下壓下量為50％的軋制變形，即總壓下量達到75％，樣品表面沒有明顯微裂紋產生。

軋制試樣組織中超細晶粒小于500nm，粗大晶粒尺寸大于20μm。材料的屈服強度為350mpa，抗拉強度為530mpa，斷裂延伸率為15％。

混晶結構組織中粗大微米晶粒與亞微米晶粒超細晶?；祀s共存，且超細晶粒分布在粗大微米晶粒的晶界周圍；該多尺度晶粒分布組織中超細晶提供了強晶界強化作用，粗大微米晶粒為位錯的滑移和儲存提供了足夠的空間，能提高材料的加工硬化能力；此外，高固溶元素含量及高位錯密度能有效強化材料；該方法制備的混晶鋁-鎂合金與傳統(tǒng)單一超細晶鋁-鎂合金相比具有明顯增強的加工硬化能力的及塑性，而與粗晶鋁-鎂合金相比具有明顯提高的強度。

將al-5mg、al-7mg、al-8mg、al-7mg-0.2sc、al-7mg-0.4sc等鋁-鎂合金，按照本發(fā)明內容制備成高強塑性宏觀形貌良好混晶鋁-鎂合金板材，主要制備參數(shù)及見下表。

表1主要鋁鎂合金制備參數(shù)及相應性能

注：變形壓下量及中間退火過程中1p、2p、3p表示第一、二、三道次，50、60、70表示壓下量。