一种超细晶高强度镁合金薄板的加工方法技术

本发明专利技术提供了一种超细晶高强度镁合金薄板的加工方法，包括以下步骤：S1：转模等通道转角挤压加工：将铸态镁合金坯料置入模具中加热后保温；再对加热后的坯料进行转模等通道转角挤压加工至少3次，得到超细晶镁合金块材；S2：挤压开坯：挤出开坯，得到厚的镁合金板材；S3：后续多道次轧制加工：将所述S2中获得的开坯加热并进行多道次轧制，制得镁合金薄板。发明专利技术人对此集成加工技术的加工工艺、参数及材料性能进行了细致的研究工作，旨在获得高性能镁合金板材的同时，提高加工成材率，降低加工温度，达到节约能源和资源、降低成本、提高生产效率和生产镁合金宽板的目的，促进高性能镁合金的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种超细晶高强度镁合金薄板的加工方法
本专利技术涉及镁合金薄板的加工方法的
，具体而言，涉及一种超细晶高强度镁合金薄板的加工方法。
技术介绍
镁合金是目前工业应用中最轻的金属结构材料，具有密度低、比强度高、比刚度高及良好的电磁屏蔽性好等特点。在汽车轻量化、3C电子外壳、航空航天等领域具广阔的应用前景。目前，镁合金的应用主要以模铸、压铸和半固态成形产品为主，变形镁合金仅在航空航天、电子和军事等高端前沿领域有一定应用。相较于钢铁等传统的结构材料，铸造镁合金强度仍然较低，目前只能用于非承重结构部件，严重限制了镁合金材料的广泛应用。变形镁合金具有更高的强度、更好的延展性、更多样化的力学性能。为进一步提高镁合金的力学性能，推动变形镁合金产品在普通民用领域的应用，对变形镁合金及其加工方法的研究就显得尤为重要。为了提高镁合金的各项力学性能，人们做了大量的研究，目前最常用的方式是在镁合金中加入稀土元素，并且强度在300～500Mpa的镁合金已经制备出来。例如：T.Homma等人制备出的MgGa10Y5.7Zn1.6Zr0.6稀土镁合金的屈服强度为419Mpa，极限强度为461Mpa；C.Xu等人通过热轧和时效制备出的MgGa8.2Y3.8Zn1.0Zr0.4稀土镁合金的屈服强度为426Mpa，极限强度可达517Mpa。但是，稀土镁合金也存在很大的缺点：一方面，稀土元素成本高、自然界储量有限，特别是重稀土大量在工业生产中并不现实。另一方面，随着稀土元素含量的增加，镁合金的密度增加，密度低、比强度高的优势逐渐丧失。因此，通过不同的加工工艺在不添加稀土元素的条件下，获得高强度的镁合金材料具有巨大的产业价值。镁合金轧制技术可大规模生产大件型材，是最适合工业化生产的塑性加工方式，因而受到广泛关注。由于迄今对镁合金塑性变形机理的认识还不够全面和深入，镁合金板材制备及其轧制成形工艺的研究尚处于初级阶段。晶粒细化是公认的同时提高金属材料强度和韧性的有效手段。申请人采用高道次等通道转角挤压技术细化晶粒，配合挤压开坯，板材轧制技术在保证塑性的前提下显著提高了镁合金的强度。等通道转角挤压(ECAP)是20世纪80年代初由俄罗斯科学家Segal在研究金属纯剪切变形的基础上专利技术的大塑性变形加工方法，其可在不改变试样初始形状的情况下制备出致密的超细晶块体金属材料。对镁合金进行多道次的ECAP加工，可获得晶粒尺寸在1μm以下的超细晶组织，并明显改善其组织均匀性和合金力学性能。由于镁合金滑移系少，在塑性变形时内部晶粒倾向沿受力方向择优排列，形成织构。在ECAP加工过程中，由于剪切受力方向与挤压方向呈45°角，其所形成的变形织构具有较高的变形因子，非常有利于滑移系的开动，产生塑性变形。当晶粒非常细小时，不稳定晶界在整体材料中所占的比例很大，晶界滑移对变形的贡献较大。因此，镁合金经过ECAP加工后，其塑性得到了极大的提高，并且易产生低温超塑性。同时，ECAP变形前后的镁合金块体材料尺寸不发生改变，可加工大尺寸块体材料。目前，国内外研究者围绕镁合金的等通道转角挤压开展了不少研究工作，但仍然存在一定的空白。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供了一种超细晶高强度镁合金薄板的加工方法，包括以下步骤：S1：转模等通道转角挤压加工：将铸态镁合金坯料置入模具中加热后保温；再对加热后的坯料进行转模等通道转角挤压加工至少3次，得到超细晶镁合金块材；S2：挤压开坯：挤出开坯，得到厚的镁合金板材；S3：后续多道次轧制加工：将所述S2中获得的开坯加热并进行多道次轧制，制得镁合金薄板。在某些实施方式中，所述S1中转模等通道转角挤压加工8～16道次，到超细晶镁合金块材。在某些实施方式中，所述S2中于300～400℃下挤出开坯，得到厚的镁合金板材。在某些实施方式中，所述S3中开坯加热到300℃保温30min后进行多道次轧制，制得镁合金薄板。在某些实施方式中，所述S3中轧制温度范围是300～350℃，每道次压下量10％，间隔保温时间5min。在某些实施方式中，所述S1中，将铸态镁合金坯料置入模具中，共同加热并保温。在某些实施方式中，所述S1中，加热保温的温度范围是250～350℃。在某些实施方式中，所述的S1中，加热保温的时间是30～60min。在某些实施方式中，所述的S2中，利用自动化等通道转角挤压成型一体化装备中的板材开坯模具将超细晶镁合金块材加热保温30min，挤出开坯，制备成厚的镁合金板材。在某些实施方式中，所述S2中，挤出开坯温度为300～400℃。本专利技术提供的一种超细晶高强度镁合金薄板的加工方法相对于现有技术而言，有益效果是：本专利技术提供的超细晶高强度镁合金薄板的加工方法，填补了目前镁合金薄板加工方法的空白。可以理解的是，国内外研究者围绕镁合金的等通道转角挤压开展了不少研究工作，但将等通道转角挤压结合后续的挤压开坯，轧制成型技术结合在一起的研究几乎没有。现有技术，在不添加稀土元素的前提下，所制备的镁合金材料强度远低于稀土镁合金的强度。而将高道次等通道转角挤压、后续的挤压开坯、轧制成型技术结合在一起的研究，迄今鲜有报道。本专利技术提供的该种超细晶高强度镁合金薄板的加工方法充分利用ECAP后的超细晶镁合金具有良好塑性变形能力的特点，与后续轧制加工相结合，得到了制备高性能、高成材率的超细晶镁合金薄板加工方法。可以理解的是，该种方法也适用于制备超细晶镁合金宽板。需要理解的是，ECAP加工技术可以制备出组织细密、性能良好的超细晶镁合金。特别是在提高镁合金塑性/超塑性的优势方面已经通过多方实验证实。专利技术人对此集成加工技术的加工工艺、参数及材料性能进行了细致的研究工作，旨在获得高性能镁合金板材的同时，提高加工成材率，降低加工温度，达到节约能源和资源、降低成本、提高生产效率和生产镁合金宽板的目的，促进高性能镁合金的应用。需要理解的是，本专利技术的具体原理至少包括：利用多道次ECAP加工与后续轧制加工相结合用于提高镁合金薄板的加工成材率。利用多道次等通道转角挤压细化镁合金胚料，优化变形织构，提高镁合金塑性变形能力。再通过轧制工艺实现连续减薄，将等通道转角挤压超细晶镁合金块材加工成镁合金薄板甚至宽板，集成ECAP和轧制加工技术提高镁合金薄板成材率和强度。总而言之，本专利技术将ECAP、挤压开坯与板材轧制技术充分结合，利用ECAP加工镁合金的均匀组织和性能特点，充分发挥超细晶镁合金的变形特性，对其进行中低温开坯、热轧，可显著提高镁合金板材强度，并提高轧制道次压下量，提高生产效率，降低能源消耗和成本。经该工艺加工的AZ91镁合金板材屈服强度可达400MPa以上，极限强度可达500Mpa。综上所述，本专利技术提供的一种超细晶高强度镁合金薄板的加工方法具有上述诸多的优点及价值，并在同类产品中未见有类似的方法公开发表或使用而确属创新，产生了好用且实用的效果，较现有的技术具有增进的多项功效，从而较为适于实用，并具有广泛的产业价值。附图说明图1是铸态AZ91镁合金金相组织；图2是经等通道转角挤压加工16道次后AZ91镁合金金相组织；图3是铸态AZ91镁合金与经等通道转角挤压加工后拉伸强度测试对比图；图4是铸态AZ91镁合金经轧制之后的金相组织图；图5是经等通道转角挤压、挤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超细晶高强度镁合金薄板的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：转模等通道转角挤压加工：将铸态镁合金坯料置入模具中加热后保温；再对加热后的坯料进行转模等通道转角挤压加工至少3次，得到超细晶镁合金块材；S2：挤压开坯：挤出开坯，得到厚的镁合金板材；S3：后续多道次轧制加工：将所述S2中获得的开坯加热并进行多道次轧制，制得镁合金薄板。

【技术特征摘要】
1.一种超细晶高强度镁合金薄板的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：转模等通道转角挤压加工：将铸态镁合金坯料置入模具中加热后保温；再对加热后的坯料进行转模等通道转角挤压加工至少3次，得到超细晶镁合金块材；S2：挤压开坯：挤出开坯，得到厚的镁合金板材；S3：后续多道次轧制加工：将所述S2中获得的开坯加热并进行多道次轧制，制得镁合金薄板。2.如权利要求1所述的超细晶高强度镁合金薄板的加工方法，其特征在于：所述S1中转模等通道转角挤压加工8～16道次，到超细晶镁合金块材。3.如权利要求2所述的超细晶高强度镁合金薄板的加工方法，其特征在于：所述S2中于300～400℃下挤出开坯，得到厚的镁合金板材。4.如权利要求1所述的超细晶高强度镁合金薄板的加工方法，其特征在于：所述S3中开坯加热到300℃保温30min后进行多道次轧制，制得镁合金薄板。5.如权利要求1所述的超细晶高强度镁合...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玉华，马爱斌，江静华，徐琼，邱超，
申请(专利权)人：宿迁市河海大学研究院，河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32