本發(fā)明涉及鎂合金材料加工領域,具體涉及一種異構鎂合金層合板及其制備方法。
背景技術:
1、鎂合金作為最輕的金屬結構材料,具有比強度高、減振性好、電磁屏蔽性能強等優(yōu)點,在交通、航空航天、軍工、通訊、電子產品等領域具有廣闊的應用前景。然而,常用鎂合金為密排六方晶體結構,在室溫下可啟動的滑移系少,塑性較差。目前高強度鎂合金的抗拉強度可達500mpa以上,而延伸率通常僅為5%左右;高塑性鎂合金的室溫延伸率可達50%以上,但其抗拉強度通常不足200mpa。
2、常規(guī)工藝實現(xiàn)鎂合金的高強高塑性是比較困難的,而異構材料概念的出現(xiàn),為強韌性結合的鎂合金發(fā)展提供了新思路。異構材料是由微觀結構、晶體結構或成分異質性引起明顯強度差異的軟區(qū)和硬區(qū)組成,其優(yōu)異的強-塑性協(xié)同主要歸咎于異質區(qū)域間力學不相容性引起顯著的異質變形誘導(hdi)強化和硬化。
3、迄今為止,關于異質區(qū)域設計主要聚焦于晶粒尺寸(如層狀結構、核殼結構、雙峰結構、梯度結構、異質層片結構等)。隨著異質結構的發(fā)展,不同異質構型組合形成的雙級或多級異構材料在優(yōu)化力學性能方面表現(xiàn)出極大的優(yōu)勢。
4、相關技術中,zhou等人在《scripta?materialia》,226(2023)115233上發(fā)表的“achieving?synergy?enhancement?of?strength?and?ductility?in?ti-6al-2sn-4zr-2mo-0.1si?alloy?by?fabricating?anew?multiscale?microstructure”,利用熱軋+時效處理在ti-6al-2sn-4zr-2mo-0.1si合金中制備了一種由異質晶粒和超細析出相組成的新型多尺度微觀組織,它們之間的協(xié)同作用產生了顯著的hdi應力,并同時提高了強度和塑性。shi等人在《materials?today》,41(2020)62-71上發(fā)表的“multistage?work?hardeningassisted?by?multi-type?twinning?in?ultrafine-grained?heterostructuraleutectic?high-entropy?alloys”,利用多道次冷軋+非等溫退火的方法在超細晶共晶高熵合金al19co20fe20ni41,設計了具有晶粒尺寸、相和成分的多級異質結構,獲得優(yōu)異的伸長率和極高的抗拉強度。在拉伸加載過程中,多級異質區(qū)域協(xié)同變形誘導了順序激活的多級應變硬化,使得在強超細晶共晶中具有持續(xù)有效的應變硬化能力。然而,對于鎂合金多級異質結構的制備手段及力學行為的研究仍舊匱乏。
技術實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的是提供一種異構鎂合金層合板及其制備方法,其能夠實現(xiàn)多級異構組織的可控性制備,使得鎂合金材料的強度和塑性協(xié)同提升,制備成本低、工藝流程簡單,且適合大規(guī)模工業(yè)化應用。
2、為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用的技術方案如下:
3、第一方面,本發(fā)明提供了一種異構鎂合金層合板的制備方法,其包括如下步驟:
4、s1,固溶處理,分別對第一鎂合金鑄錠和第二鎂合金鑄錠進行固溶處理,得到固溶態(tài)第一鎂合金和固溶態(tài)第二鎂合金,所述第一鎂合金的時效硬化能力和再結晶溫度高于所述第二鎂合金;
5、s2,第一次擠壓,分別對固溶態(tài)第一鎂合金和固溶態(tài)第二鎂合金進行單道次擠壓,得到擠壓態(tài)第一鎂合金板和擠壓態(tài)第二鎂合金板;
6、s3,堆疊,將擠壓態(tài)第一鎂合金板和擠壓態(tài)第二鎂合金板交替堆疊形成多層結構的疊合板;
7、s4,第二次擠壓,對疊合板進行單道次或雙道次擠壓,得到復合擠壓板;
8、s5,時效處理,將復合擠壓板進行時效處理,得到優(yōu)異強塑性結合的異構鎂合金層合板。
9、進一步,所述s1中固溶處理溫度為400~500℃,固溶處理時間為16~24h。
10、進一步,所述s2和s4中擠壓時的擠壓溫度設定為230~300℃,擠壓速度設定為5~6mm/s,壓下量為80~90%。
11、進一步,所述s5中時效處理溫度為150~200℃,時效處理時間為12~20h。
12、進一步,所述s2中擠壓態(tài)第一鎂合金板和擠壓態(tài)第二鎂合金板的層厚相等。
13、進一步,所述s4中復合擠壓板與擠壓態(tài)第一鎂合金板或擠壓態(tài)第二鎂合金板的層厚比為1:2。
14、進一步,所述s1中的第一鎂合金鑄錠和第二鎂合金鑄錠獨立為mg-al系合金或mg-re系合金。
15、進一步,所述第一鎂合金鑄錠為az80鎂合金或az91鎂合金,所述第二鎂合金鑄錠為az31鎂合金。
16、第二方面,本發(fā)明提供了一種異構鎂合金層合板,采用上述的異構鎂合金層合板的制備方法制得。
17、本發(fā)明具有如下意想不到的有益效果:
18、1、本發(fā)明通過較強時效硬化能力和較高再結晶溫度的第一鎂合金與較弱時效硬化能力和較低再結晶溫度的第二鎂合金堆疊擠壓后形成多層結構的層合板,然后對層合板進行時效處理,進而易于制備出具有析出相、晶粒尺寸和織構交替分布的多級異構鎂合金層合板。同時通過調整不同時效硬化能力和再結晶溫度鎂合金板的堆疊順序、層厚、擠壓溫度、擠壓速率、時效時間、時效溫度范圍,易于調節(jié)多級異構組織特征參數(shù),實現(xiàn)多級異構組織的可控性制備和力學性能優(yōu)化調控,使其能夠滿足不同場景的性能要求,應用范圍廣。
19、2、本發(fā)明設計的多級異構鎂合金層合板呈現(xiàn)出硬質析出相層和軟區(qū)無析出相層、粗晶層和細晶層、以及弱基面織構層和雙峰織構層交替分布。首先,具有強度差異的多級異構組織協(xié)同變形作用過程中,顯著的力學不相容性誘導不同異質區(qū)域間產生多級應變梯度,為了協(xié)調這種應變梯度,誘導更多的幾何必要位錯的產生,從而導致多級hdi強化和硬化效果。其次,細晶層晶粒中的位錯密度隨著應變量的增加會迅速達到飽和,使材料保持較高的強度;而粗晶層晶粒有更大的空間去容納塑性變形中新產生的位錯,提供較高的加工硬化能力,使材料保持較高的塑性。同時,弱基面織構層沿擠壓方向拉伸時,基面滑移困難,達到一種織構硬化效果,有利于強度的提升,而雙峰織構層有利于基面滑移啟動,達到一種織構軟化效果,有利于塑性的改善。此外,析出強化和硬化效應在力學性能的改善方面也扮演了重要的角色。因此,多種混合強化機制耦合作用導致鎂合金層合板具有優(yōu)良的強度和塑性結合。
20、3、本發(fā)明通過單道次80~90%的壓下量使得復合層界面形成良好的冶金結合,同時較大的變形量滿足了較少的變形次數(shù)要求,從而也極大地提高了加工效率和降低加工成本,適合大規(guī)模工業(yè)化應用。
1.一種異構鎂合金層合板的制備方法,其特征在于,包括如下步驟:
2.根據(jù)權利要求1所述的異構鎂合金層合板的制備方法,其特征在于:所述s1中固溶處理溫度為400~500℃,固溶處理時間為16~24h。
3.根據(jù)權利要求1所述的異構鎂合金層合板的制備方法,其特征在于:所述s2和s4中擠壓時的擠壓溫度設定為230~300℃,擠壓速度設定為5~6mm/s,壓下量為80~90%。
4.根據(jù)權利要求1所述的異構鎂合金層合板的制備方法,其特征在于:所述s5中時效處理溫度為150~200℃,時效處理時間為12~20h。
5.根據(jù)權利要求1所述的異構鎂合金層合板的制備方法,其特征在于:所述s2中擠壓態(tài)第一鎂合金板和擠壓態(tài)第二鎂合金板的層厚相等。
6.根據(jù)權利要求1所述的異構鎂合金層合板的制備方法,其特征在于:所述s4中復合擠壓板與擠壓態(tài)第一鎂合金板或擠壓態(tài)第二鎂合金板的層厚比為1:2。
7.根據(jù)權利要求1所述的異構鎂合金層合板的制備方法,其特征在于:所述s1中的第一鎂合金鑄錠和第二鎂合金鑄錠獨立為mg-al系合金或mg-re系合金。
8.根據(jù)權利要求7所述的異構鎂合金層合板的制備方法,其特征在于:所述第一鎂合金鑄錠為az80鎂合金或az91鎂合金,所述第二鎂合金鑄錠為az31鎂合金。
9.一種異構鎂合金層合板,其特征在于:采用如權利要求1~8任意一項所述的異構鎂合金層合板的制備方法制得。