一种镦挤制备高强镁或镁合金的方法技术

本发明专利技术涉及金属材料的塑性加工领域，具体而言，涉及一种镦挤制备高强镁或镁合金的方法。本发明专利技术所述的镦挤制备高强镁或镁合金的方法，其特征在于，步骤包括将镁或镁合金坯料放入模具中依次进行的镦粗步骤和挤压步骤。本发明专利技术通过镦粗压缩类应变与挤压伸长类应变合理结合的镦挤成形，极大削弱传统镁或镁合金棒材、管材、型材、板材等加工材的强基面织构，并结合变形温度调控，实现组织充分细化，根本消除镁或镁合金加工材的力学性能各向异性，使其具有高拉伸屈服强度、高压缩屈服强度及高对称疲劳强度，同时具有优异的二次成形性，适于镁或镁合金加工材及其轻体结构件在各类动载荷及多向载荷等复杂受力工况下的稳定服役。

【技术实现步骤摘要】
一种镦挤制备高强镁或镁合金的方法
本专利技术涉及金属材料的塑性加工领域，具体而言，涉及一种镦挤制备高强镁或镁合金的方法。
技术介绍
镁或镁合金目前作为工业应用中最轻的金属结构材料之一，在航空、航天、汽车、计算机、电子、通讯和家电等行业中具有广泛的应用前景。然而受镁密排六方晶体结构影响，镁或镁合金经挤压、轧制、锻造、冲压、拉拔等热塑性加工后极易引入强烈的基面织构，致使镁或镁合金力学性能方向性差异严重，晶粒粗大的组织特点不利于综合性能的提高。目前，商用镁或镁合金加工材平行挤压、拉拔、轧制或垂直锻造方向的Rcp0.2/Rp0.2仅为0.5~0.7（Rcp0.2/Rp0.2-压缩屈服强度Rcp0.2/拉伸屈服强度Rp0.2），表现为严重的抗压或抗拉能力不足，例如AZ31B镁合金热挤压材拉伸屈服强度Rp0.2约为140MPa，而压缩屈服强度Rp0.2不足80MPa，其Rcp0.2/Rp0.2低于0.6，高周对称弯曲疲劳强度σ-1低于50MPa；ZK61M镁合金热挤压棒料拉伸屈服强度Rp0.2约为240MPa，压缩屈服强度Rp0.2则仅约120MPa，其Rcp0.2/Rp0.2约为0.5，高周对称拉压疲劳强度σ-1p低于70MPa。这种性能各向异性使得单纯依据镁或镁合金拉伸或压缩性能来设计构件带来安全隐患，尤其是在交变应力、冲击应力、多向负载等各类动载或复杂载荷服役工况下尤为严重，极大限制了镁或镁合金加工材在结构、承重等领域的扩展应用。因此，开发拉压同性的高强/高抗疲劳镁或镁合金棒材、管材、型材、板材等加工材的规模化制备技术，满足复杂受力工况尤其是各类动载荷下高端承力/微承力构件稳定负载和有效减重的设计性要求（安全性和经济性），可极大助推国内镁合金产业结构优化及发展，有效缓解国家经济和社会发展对轻量化构件的广泛性需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种镦挤制备高强镁或镁合金的方法，采用该方法制备的镁或镁合金棒材、管材、型材、板材等加工材具有高拉伸屈服强度、高压缩屈服强度及高对称疲劳强度，同时具有优异的二次成形性，适于镁或镁合金加工材及其轻体结构件在各类动载荷及多向载荷等复杂受力工况下的服役。为解决以上技术问题，本专利技术采用的技术方案为：本专利技术所述的镦挤制备高强镁或镁合金的方法，步骤包括将镁或镁合金坯料放入模具中依次进行的镦粗步骤和挤压步骤。优选的，所述镦粗步骤为一次或至少两次间断性镦粗到指定累积镦粗比；所述挤压步骤为一次或至少两次间断性挤压到指定累积挤压比。优选的，所述指定累积镦粗比为1.1~5.0，镦粗温度为100~480℃；所述指定累积挤压比为所述指定累积镦粗比的3~10倍，挤压温度不高于镦粗温度。优选的，所述指定累积镦粗比为1.1~5.0，镦粗温度为350~480℃；所述指定累积挤压比为3.3~50.0，挤压温度为室温~480℃。优选的，所述指定累积镦粗比为1.1~3.0，镦粗温度为250~350℃；所述指定累积挤压比为3.3~30.0，挤压温度为室温~350℃。优选的，所述指定累积镦粗比为1.1~2.0，镦粗温度为100~250℃；所述指定累积挤压比为3.3~20.0，挤压温度为室温~250℃。本专利技术所述的镦挤制备高强镁或镁合金的方法，其特征在于，包括同步连续进行的镦粗步骤和挤压步骤，其中：指定累积镦粗比为1.1~2.0，指定累积挤压比为3.3~20.0，镦粗和挤压温度为100~250℃，镦粗温度与挤压温度相同；或：指定累积镦粗比为1.1~3.0，指定累积挤压比为3.3~30.0，镦粗和挤压温度为250~350℃，镦粗温度与挤压温度相同；或：指定累积镦粗比为1.1~5.0，指定累积挤压比为3.3~50.0，镦粗和挤压温度为350~480℃，镦粗温度与挤压温度相同。本专利技术所述的镦挤制备高强镁或镁合金的方法制备的镁或镁合金在棒材、管材、型材、板材制品中的应用。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1）通过镦粗压缩类应变与挤压伸长类应变合理结合的镦挤成形，极大削弱镁或镁合金加工材的强基面织构，根本消除镁或镁合金加工材的力学性能各向异性，实现了交变和多向载荷服役时的性能稳定性；2）基面织构的削弱，可有效抑制孪生变形，促进多系滑移，极大提升镁或镁合金加工材的二次成形性能，实现镁或镁合金加工材冷温条件下的成形，如弯曲、胀形、压形、旋压、拉延、翻变等；3）通过热镦粗和较低温度挤压实现冷温环境下的累积大塑性变形，进而充分细化镁或镁合金加工材组织至微米级别，进而显著提高加工材的组织均匀性，大幅提升轻体构件用镁材的力学性能及质量稳定性；4）坯料镦粗与挤压的顺序匹配，可在对现有设备不做大幅度改进的情况下，制备兼具高强/高韧/高抗疲劳性与高二次成形性的镁或镁合金棒材、管材、型材、板材等长加工材制品（长径比大于103），保留了传统锻造和挤压工艺的低成本、高效率、高可靠性及高适用性等经济性特点；综合以上在本专利技术过程中基于组织微晶化和基面织构弱化的双重调控措施，实现了兼具各向同性的高强/高韧/高抗疲劳性与高二次成形性的镁或镁合金棒材、管材、型材、板材等加工材的低成本高效制备，解决了传统镁或镁合金加工材普遍表现出的性能各向异性大、动载下承力能力不足等安全隐患，极大提高镁或镁合金加工材及其制品在复杂载荷作用下的服役能力，利于扩展其在结构、承重等领域（尤其在交变应力、冲击应力、多向负载等复杂载荷工况下）的拓展应用。该专利技术使镁或镁合金加工材兼具各向同性的高抗拉和抗压屈服强度、高抗疲劳性和高二次成形性，其平均晶粒尺寸约为0.6~8.4μm，拉伸屈服强度Rp0.2与压缩屈服强度Rpc0.2均达到甚至超过常规挤压、轧制或锻造态拉伸屈服强度Rp0.2水平，其中纯镁高于100MPa，镁合金约为160~350MPa，Rpc0.2/Rp0.2控制在0.9~1.1，拉伸断后延伸率A≥20%，循环次数大于108次的对称拉压疲劳强度σ-1p约为60~170MPa，循环次数大于108次的对称弯曲疲劳强度σ-1约为75~190MPa，三维力学性能差异≤10%。附图说明图1为选用的镦挤态纯Mg、AZ31B、ZK61M、WE54A镁合金的微观组织；图2为选用的镦挤态AZ31、ZK61M镁合金的XRD宏观织构。具体实施方式以下结合具体实施例对本专利技术作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本专利技术所要求保护的范围。本专利技术采用的术语：累积镦粗比为坯料原始高度与坯料最终镦粗后高度的比值，同时也等于坯料最终镦粗后横断面积与坯料原始横断面积的比值；累积挤压比为第一次挤压料筒原始的横断面面积同挤压最终制品总横断面面积的比值。本专利技术所要求保护的范围为权利要求书中所记载的技术方案，实现该技术方案采用的镦粗、挤压模具设备及其他相关设备为常规的设备，本专利技术就不再赘述。本专利技术所述的制造高强镁或镁合金的镦挤制备方法，包括以下步骤：（1）选取镁或镁合金坯料，将坯料加热至镦粗温度100~480℃，随后进行一次或者至少两次间断性的镦粗，累积镦粗比为1.1~5.0。初始坯料为铸态坯料时采用不高于2.0的累积镦粗比和不低于300℃的镦粗温度；初始坯料为挤压态、轧制态或锻态坯料优先采用大于1.6的累积镦粗比和低于350℃的镦粗温度。（2）然后将镦粗后的镁或镁合金经必要切割，冷却或重新加热至室温~本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镦挤制备高强镁或镁合金的方法，其特征在于，步骤包括将镁或镁合金坯料放入模具中依次进行的镦粗步骤和挤压步骤。

【技术特征摘要】
1.一种镦挤制备高强镁或镁合金的方法，其特征在于，步骤包括将镁或镁合金坯料放入模具中依次进行的镦粗步骤和挤压步骤。2.根据权利要求1所述的镦挤制备高强镁或镁合金的方法，其特征在于，所述镦粗步骤为一次或至少两次间断性镦粗到指定累积镦粗比；所述挤压步骤为一次或至少两次间断性挤压到指定累积挤压比。3.根据权利要求2所述的镦挤制备高强镁或镁合金的方法，其特征在于，所述指定累积镦粗比为1.1~5.0，镦粗温度为100~480℃；所述指定累积挤压比为所述指定累积镦粗比的3~10倍，挤压温度不高于镦粗温度。4.根据权利要求3所述的镦挤制备高强镁或镁合金的方法，其特征在于，所述指定累积镦粗比为1.1~5.0，镦粗温度为350~480℃；所述指定累积挤压比为3.3~50.0，挤压温度为室温~480℃。5.根据权利要求3所述的镦挤制备高强镁或镁合金的方法，其特征在于，所述指定累积镦粗比为1.1~3.0，镦粗温度为250~350℃；...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文丛，陈文振，崔国荣，徐海伟，张立新，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：山东,37