一種變形鎂合金織構的弱化方法
【專利摘要】本發明提供了一種變形鎂合金織構的弱化方法，包括合金熔煉、均勻化處理、大塑性變形步驟，所述鎂合金的主合金元素添加量應為其在鎂合金中最大固溶度的40%～150%之間，所述大塑性變形的累積變形量為1.5～5.0，變形速率為0.0005～0.5s-1。該方法適用于所有的鎂合金體系，工藝流程簡單，操作方便，成本低，采用現有的加工設備就可以生產各種性能優良的棒材、板材和鍛件。該方法通過過動態再結晶與動態析出相的相互作用弱化織構，弱化或消除變形鎂合金產品的力學性能各向異性，同時提高了合金的二次加工性能，增大了變形鎂合金的應用范圍。
【專利說明】一種變形鎂合金織構的弱化方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于金屬材料加工制備領域，涉及鎂合金加工，具體涉及一種變形鎂合金織構的弱化方法。
【背景技術】
[0002]鎂合金作為最輕的金屬結構材料，具有比強度和比剛度高、阻尼減震性好等優點，在航空航天、國防軍工、汽車、電子等領域都具有重要的應用價值和廣闊的市場前景。目前，鎂合金產品大多是以鑄造為主，然而鑄件的力學性能不夠理想，產品形狀尺寸存在一定的局限性且容易產生如氣孔、縮孔等組織缺陷，使鎂合金的應用范圍受到很大的限制。鎂合金經過鍛造、擠壓等熱變形后，組織得到顯著細化，鑄造組織缺陷被消除，力學性能得到大幅度的提升。作為密排六方結構的鎂合金，鑄錠經過變形后會形成強烈的各向異性(變形織構)，這種變形織構的存在一是使產品存在明顯的力學性能各向異性，二是降低合金的二次加工性能，限制了變形鎂合金的應用范圍。因此，為得到力學性能均勻的變形鎂合金構件，提出一種改善變形鎂合金的織構的方法極為必要。
[0003]近年來，國內外已有多種調控鎂合金織構的工藝，如異步軋制、等徑角軋制、交叉軋制和單向反復彎曲變形等，但這些方法僅使基面織構發生偏轉，并未使其強度顯著下降；而且，軋制工藝比較復雜，技術難度較高，不適于大規模生產。
[0004]另外一種改善鎂合金織構的方法是向鎂合金中加入稀土元素。在中國專利CN101619428A中記載了一種添加稀土元素改善變形鎂合金織構的方法，稀土元素的加入量占純鎂或鎂合金重量0.9~14%，大量的稀土元素的加入會增加合金密度以及提高合金的成本。

【發明內容】
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[0005]本發明的目的在于提供一種變形鎂合金織構的弱化方法，從而弱化或消除變形鎂合金產品的力學性能各向異性，織構弱化主要是通過動態再結晶與動態析出相的相互作用實現。
[0006]本發明目的是通過以下技術方案實現的:
[0007]—種變形鎂合金織構的弱化方法，其特征在于:包括合金熔煉、均勻化處理、大塑性變形步驟；所述鎂合金的主合金元素添加量應為其在鎂合金中最大固溶度的40%~150%之間，所述大塑性變形的累積變形量為1.5~5.0。
[0008]為了進一步消除如氣孔、縮孔等組織缺陷，增加力學性能，提高合金的二次加工性能，所述鎂合金的主合金元素添加量優選為其在鎂合金中最大固溶度的40%~98%。
[0009]該方法適用于所有的鎂合金體系，工藝流程簡單，操作方便，成本低，采用現有的加工設備就可以生產各種性能優良的棒材、板材和鍛件。
[0010]為了進一步提高本發明的力學性能，本發明大塑性變形的變形速率為0.0005~
0.5s 1O[0011 ] 為了進一步增加鎂合金的使用性能，本發明中，上述所用的大塑性變形溫度應低于均勻化溫度20°c~200°C。
[0012]具體的說，本發明的工藝步驟如下:
[0013]第一步:合金熔煉
[0014]將純鎂在680°C~800°C熔化，然后加入已預熱的合金元素，同時進行機械攪拌，靜置后進行澆注。
[0015]第二步:均勻化處理
[0016]將所得到的鑄錠在330°C~540°C進行均勻化處理，均勻化保溫時間為8~24h，均勻化處理后自然冷卻或淬火處理。
[0017]第三步:大塑性變形
[0018]將經過均勻化處理后的鑄錠在310°C~500°C之間進行大塑性變形，變形前加熱I~5h，累積變形量為1.5~5.0，變形速率為0.0005~0.5s'
[0019]本發明中，上述預熱為本領域常規預熱方式。
[0020]本發明中，上述鎂合金的主合金元素添加量應為其在鎂合金中最大固溶度的40%~150%之間。
[0021]本發明中，上述均勻化處理后降溫，根據實際情況選擇自然冷卻或淬火處理。
[0022]本發明中，上述熔 煉采用電阻爐或中頻電磁感應爐加熱。
[0023]本發明中，上述均勻化處理采用箱式電阻爐加熱，并要求強制循環氣體。
[0024]本發明中，上述所用的大塑性變形溫度應低于均勻化溫度20°C~200°C。
[0025]本發明中，上述大塑性變形工藝包括鍛造、擠壓、軋制等中的一種或多種的復合。
[0026]本發明取得如下有益效果:
[0027]1.本發明采用均勻化處理獲得大的過飽和固溶度，較大的固溶度為變形析出相的析出提供了熱力學的保障，而塑性變形過程中的位錯，空位等缺陷為變形析出相的析出提供了動力學的保障，沿晶界析出的變形析出相能夠有效的抑制動態再結晶晶粒的轉動，從而弱化織構。采用本發明制備的鎂合金板材極密度最大值為2.01，而傳統方式生產的板材存在明顯的基面織構，極密度最大值為8.02。(見附圖2、3)
[0028]2.本發明所述方法制備的鎂合金具有較好的固溶及時效強化效果，而且還能使晶粒得到細化，保證了變形鎂合金的力學性能。
[0029]3.本發明相比于異步軋制、等徑角軋制等從工藝上以及添加稀土元素來弱化變形鎂合金的織構的方法相比，使用范圍更廣，成本更低，采用現有的加工設備就可以生產各種弱織構的棒材、板材和鍛件，適于大規模工業化生產。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1是本發明的實施例1中所測的鎂合金顯微組織。
[0031]圖2是本發明的實施例1中所測的鎂合金極圖。
[0032]圖3是對比實施例1中板材所測的鎂合金極圖。
【具體實施方式】
[0033]下面通過實施例對本發明進行進一步具體描述。有必要在此指出的是以下實施例只用于對本發明進行進一步說明，不能理解為對本發明保護范圍的限制，該領域的技術人員可以根據上述本
【發明內容】
對本發明作出一些非本質的改進和調整。
[0034]實施例1
[0035]工藝步驟:
[0036]1.合金熔煉:將經過預熱的純鎂錠在鐵坩堝中熔化，同時采用RJ-2溶劑進行保護，待溫度上升到750°C時，加入已經烘干的Mg-Gd、Mg-Y與Mg-Nd中間合金，待溫度升至810°C時，加入已經預熱的Mg-30Zr中間合金，攪拌，當溫度降至690°C~730°C時，保溫并靜置20分鐘后，進 行半連續鑄造，澆注溫度690°C~710°C，拉錠速度40~60mm/min，半連續鑄錠尺寸為 Φ165ι?πιΧ 1500mm，合金名義成分為:Mg-10Gd-6Y-2Nd_0.5Zr (wt.%)。
[0037]2.均勻化處理:將鑄錠放入已經加熱到530°C帶有風機的箱式電阻爐中進行均勻化處理，均勻化時間為20h，均勻化完成后，將錠子取出，空冷6min后，放入80°C的水中淬火。
[0038]3.大塑性變形:將均勻化后的鑄坯加熱到500°C，保溫2h后進行多個方向的降溫鍛壓，最后鍛成板材，累積變形量為2.7，變形速率為0.03s—1，砧板外加保溫裝置，上下砧板的溫度為420±20°C，變形后測得坯料溫度為415°C，變形完成后立即水淬。
[0039]4.由圖1可知，顯微組織中存在許多動態析出相；采用EBSD技術測試變形完成后的織構，由圖2表明，織構分布非常漫散，極密度最大值為2.01。
[0040]實施例2
[0041]1.合金熔煉:將經過預熱的純鎂錠在電阻爐中熔煉，同時采用RJ-5溶劑進行保護，待溫度上升到800°C時，加入已經烘干的Mg-Mn中間合金，當熔體溫度降到720°C，加入純鋅；升溫至780°C，扒渣攪拌后靜置20分鐘，當溫度降到730°C左右，澆注。所得合金的名義成分為:Mg-6.5Ζη-0.8Mn (wt.%)。
[0042]2.均勻化處理:將鑄錠放入已經加熱到325°C帶有風機的箱式電阻爐中進行均勻化處理，第一級均勻化時間為18h，然后隨爐升溫至350°C保溫2h進行第二級均勻化處理，均勻化完成后出爐空冷。
[0043]3.大塑性變形:將均勻化后的鑄坯加熱到370°C，保溫2h后進行墩粗，墩粗后直接滾圓拔長，鍛造后坯料的尺寸與鑄錠的尺寸大體一致，鍛造完成后利用余溫對坯料進行直接擠壓，此時坯料溫度為320°C，模具溫度為320°C，擠壓速度0.0I s—1，累積變形量為5.0。
[0044]4.此步驟與實施示例I相同。
[0045]實施例3
[0046]1.合金熔煉:將經過預熱的純鎂錠在電阻爐中熔煉，同時采用RJ-2溶劑進行保護，待溫度上升到730°C時，依次加入已經烘干的鋁錠、鋅錠和無水氯化錳，同時攪拌熔體，待溫度上升到780°C時，加入預熱的Mg-Gd中間合金，扒渣攪拌后靜置20分鐘，當溫度降到710°C左右，澆注。所得合金的名義成分為:Mg-8.lAl-l%Gd-0.7Zn-0.1Mn (wt.%)。
[0047]2.均勻化處理:將鑄錠放入已經加熱到400°C帶有風機的箱式電阻爐中進行均勻化處理，均勻化保溫時間為16h，均勻化完成后出爐空冷。
[0048]3.大塑性變形:將均勻化后的鑄坯加熱到310°C，保溫2h后進行擠壓，模具加熱溫度為300°C，擠壓速度0.ΟΟΟδ?1，累積變形量為1.5。
[0049]4.此步驟與實施示例I相同。[0050]實施例4
[0051]1.合金熔煉:將經過預熱的純鎂錠在電阻爐中熔煉，同時采用RJ-2溶劑進行保護，待溫度上升到730°C時，依次加入已經烘干的鋁錠、鋅錠和無水氯化錳，同時攪拌熔體，待溫度上升到780°C時，扒渣攪拌后靜置20分鐘，當溫度降到710°C左右，澆注。所得合金的名義成分為:Mg-9.1A1-0.9Ζη-0.IMn (wt.%)。
[0052]2.均勻化處理:將鑄錠放入已經加熱到400°C帶有風機的箱式電阻爐中進行均勻化處理，均勻化保溫時間為18h，均勻化完成后出爐空冷。
[0053]3.大塑性變形:將均勻化后的鑄坯加熱到380°C，保溫2h后進行鐓粗拔長后，坯料在330°C進行擠壓，擠壓速度0.001s—1，累積變形量為3.2。
[0054]4.此步驟與實施示例I相同。
[0055]對比實施例1
[0056]1.此步驟與實施示例I相同。
[0057]2.此步驟與實施示例I相同。
[0058]3.大塑性變形:將均勻化后的鑄坯加熱到510°C，保溫2h后進行多個方向的恒溫鍛壓，最后鍛成板材，累積變形量為0.9，變形速率為ls—1，變形完成后立即水淬。
[0059]4.采用EBSD技術測試變形完成后的織構，由圖3的表明，板材具有明顯的基面織構，極密度最大值為8.0 2，織構較強。
[0060]這也說明采用本發明申請所述方法能夠明顯的弱化變形鎂合金的織構。
【權利要求】
1.一種變形鎂合金織構的弱化方法，包括合金熔煉、均勻化處理、大塑性變形步驟，其特征在于:所述鎂合金的主合金元素添加量應為其在鎂合金中最大固溶度的40%~150%之間，所述大塑性變形的累積變形量為1.5~5.0。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于:所述大塑性變形的變形速率為0.0005~0.5s 1O
3.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于:所述鎂合金的主合金元素添加量為其在鎂合金中最大固溶度的40%~98%。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于:將經過均勻化處理后的鑄錠在310°C~500°C之間進行大塑性變形，變形前加熱I~5h，累積變形量為1.5~5.0，變形速率為0.0005 ~0.5s 1O
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于:所述大塑性變形溫度應低于均勻化溫度20。。~200。。。
6.如權利要求1或4所述的方法，其特征在于:所述大塑性變形步驟包括鍛造、擠壓、軋制等中的一種或多種的復合。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于:按照如下步驟進行， 第一步:合金熔煉 將純鎂在680°C~800°C熔化，然后加入已預熱的合金元素，同時進行機械攪拌，靜置后進行澆注； 第二步:均勻化處理 將所得到的鑄錠在330°C~540°C進`行均勻化處理，均勻化保溫時間為8~24h，均勻化處理后自然冷卻或淬火處理； 第三步:大塑性變形 將經過均勻化處理后的鑄錠在310°C~500°C之間進行大塑性變形，變形前加熱I~5h,累積變形量為1.5~5.0，變形速率為0.0005~0.5s-1。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于:所述均勻化處理采用要求強制循環氣體的箱式電阻爐加熱。
9.如權利要求7所述的方法，其特征在于:所述大塑性變形的方式為鑄坯加熱后進行鐓粗拔長形成坯料，之后將坯料進行擠壓。
【文檔編號】C22F1/06GK103725999SQ201310731493
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月26日 優先權日:2013年12月26日
【發明者】夏祥生, 陳強, 舒大禹, 胡傳凱, 趙祖德 申請人:中國兵器工業第五九研究所