本发明专利技术为一种高性能镁合金棒材的制备方法。该方法包括以下步骤：将镁合金原坯料打磨、均匀化处理、预处理和预热后，进行槽轧加工，轧辊速度为0.1‑0.5m/s，轧制道次为6～10道次，其中每一道次面积减少19.8～24.6％，累计减少量为71.9％‑88.0％；槽轧过程中，以菱孔道次、方孔道次交替进行，终轧定为方孔轧制；每一道次轧制结束后，将棒材旋转90°后立即进行下一道次轧制。槽轧结束后，室温冷却。本发明专利技术可显著提高合金的强韧性，并改善其各向异性；同时所采用的新型孔型提高了多向变形效果，可更为有效的引入大应变，提高生产效率，适合工业化短流程生产高性能镁合金材料。
【技术实现步骤摘要】
一种高性能镁合金棒材的制备方法
本专利技术涉及高性能镁及其合金棒材的变形加工工艺，特别是涉及一种利用多道次孔型轧制提高镁及其合金棒材力学性能的方法，属于金属材料新
技术介绍
镁合金是目前最轻的金属结构材料(密度为1.74g/cm3)，比强度高、抗冲击阻尼性能良好，来源广泛且易于加工回收，已成为国内外工业应用增长最快的材料之一。近年来，随着节能减排措施的推进，特别是传统燃油汽车在各国禁售时间表的出台，镁合金在交通运输领域中轻量化应用优势进一步凸显，同时也对其力学性能提出了更高的要求。与大量使用的铸造镁合金相比，变形镁合金虽然具有更高的强度与韧性，但与变形铝合金相比，其绝对强度仍然偏低；此外，镁合金固有的密排六方晶体结构导致其室温加工性能较差，同时往往导致变形镁合金各向异性显著。因此，如何改善变形镁合金的力学性能，开发出兼具高强度和低各向异性的镁合金具有广阔的市场前景。众所周知，晶粒细化可同时提高镁合金强度和韧性并改善其各向异性。近年来，大塑性变形技术(SPD)日益成为制备高性能超细晶金属材料的有效途径。现有技术中：常规挤压或轧制变形虽能提高镁合金强度，但其制得样品易沿变形方向产生强织构，不利于进一步加工使用；等通道挤压(ECAE)虽可在较低变形温度和应变速率下获得超细晶，但其制得样品尺寸较小且不适合批量加工；异步轧制(DSR)或累积轧制复合(ARB)作为一种生产效率较高的加工方法，仅能生产薄板且易发生轧后翘曲。而多道次孔型轧制(下称槽轧)作为一种新颖的大塑性变形手段已用于制备超细晶钢及钛合金，多道次连续变形后，材料的力学性能得到不同程度的提高，尤其在冲击韧性方面提升显著。但目前应用该方法制备超细晶镁合金的研究还非常有限，且多集中于微合金化体系，如T.Mukai等研究发现，挤压态Mg-3Al-1Zn-0.2Mn(wt.％)合金在200℃，0.5m/s轧制条件下经18道次槽轧后，其屈服强度提高为原挤压态的2倍，同时各向异性显著下降，但是其轧制道次过多，即应变累积效率不高，在实际工业生产中往往受限难以广泛采用(StrengtheningMg-Al-Znalloybyrepetitiveobliqueshearstrainwithcaliberroll[J].ScriptaMaterialia,2010,62(2):113-116.)。此外，A.Tripathi等采用类似孔型设计对轧态Mg-3Al-1Zn-0.2Mn(wt.％)合金的研究表明，经槽轧变形(轧制温度：300℃；轧制道次：6道次)后，合金屈服强度由159MPa增加至310MPa，但其延伸率则降低为原来12％的一半(MicrostructureandtextureevolutioninAZ31magnesiumalloyduringcaliberrollingatdifferenttemperatures[J].JournalofMagnesiumandAlloys，2017)。综上所述，现有针对镁合金槽轧的研究中，要么效果不佳难以满足工程要求，要么效率不高难以广泛应用，限制了其在生产上的应用。因此本专利技术采用新的孔型设计并提供合适槽轧工艺参数，从而克服以上问题。
技术实现思路
本专利技术的目的为针对当前技术中存在的不足，提供一种高性能镁合金棒材的制备方法。该方法采用的槽轧工艺，通过连续剪切变形及多向压应力处理，经过恰当的参数的选择，获得组织均匀细小的晶粒并弱化了织构；同时，采用的菱孔与方孔交叉复合轧制，提高了多向变形效果，可更为有效的引入大应变，提高生产效率，适合工业化短流程生产高性能镁合金材料。本专利技术的技术方案是：一种高性能镁合金棒材的制备方法，具体包括以下步骤：(1)原坯料的选取与打磨对原坯料表面进行打磨；其中，所述的原坯料为镁锭或镁合金锭；所述的镁合金为Mg-M，其中，M为Al、Zn、Mn、Si、Zr、Ca、Sn、Bi和RE中的一种或多种，其质量百分含量为镁合金的0-15％，RE为Y、Gd、Ce或Nd；(2)坯料的均匀化处理氩气氛围下，将打磨后的原坯料在350-500℃下保温8-24h，然后在35℃温水中淬火，得到均匀化的坯料；(3)坯料的预处理对均匀化的坯料进行机加工处理，制得直径20-40mm的圆棒；(4)镁合金棒的预热将机加工处理后的圆棒在200-450℃下预热10-30min；其中，当预热温度高于350℃时，预热过程需通入氩气进行保护；(5)镁合金棒的槽轧镁合金棒预热结束后，立即进行槽轧加工，主要利用菱-方孔型双辊槽轧机系统完成；轧辊速度为0.1-0.5m/s，轧制道次为6～10道次，最后一道次轧制两次；槽轧过程中，以菱孔道次、方孔道次交替进行，终轧为方孔轧制；每一道次轧制结束后，将棒材旋转90°后立即进行下一道次轧制，其中每一道次面积减少19.8～24.6％，累计减少量为71.9％-88.0％；槽轧结束后，室温冷却。所述的步骤(5)中还可以有如下步骤：槽轧加工开始后，若棒材表面龟裂严重(或棒材发生开裂现象)，则每隔2～3道次进行一次中间退火处理；退火处理步骤为：圆棒在200-450℃下预热10-30min。所述的镁合金优选为Mg-Al基合金、Mg-Zr基合金、Mg-Bi基合金或Mg-Sn基合金。本专利技术的实质性特点为：本专利技术通过多道次槽轧加工制备的高性能镁合金棒材，改善现有常规挤压或轧制变形时易沿变形方向产生的强织构，即在提高变形镁合金强韧性的同时改善其各向异性。一方面，通过反复剪切应变及多向变形累积的应变与变形热，多道次大塑性变形可促进动态再结晶的发生并弱化织构；另一方面，新孔型多向处理是引入大应变的有效方法，本专利技术所采用的菱方复合孔，可更有效的引入大应变，克服传统孔型试样心部应变偏低的缺点。本专利技术对变形镁及其合金体系均具有优良的处理效果，与等通道挤压(ECAE)等常规大塑性变形技术不同，本专利技术在提高其力学性能的同时兼顾了生产效率，从而能更好地满足工业需求。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术开发了一种高性能、低各向异性镁合金棒材的槽轧工艺。该工艺制备的棒材具有高屈服强度，弱基面织构及低各向异性特点，室温伸长率达到13-24％，可以满足棒材的成型要求。2、采用本专利技术处理方法后的AZ31镁合金较不做处理的挤压态AZ31合金，屈服强度提高了23.5-60％，抗拉强度提高了7.1-25％，延伸率大于13％。3、本专利技术处理方法采用的菱方复合孔设计可更有效的引入大应变，同时改善多道次累积应变分布状态，相对于T.Mukai等研究中的方法(StrengtheningMg-Al-Znalloybyrepetitiveobliqueshearstrainwithcaliberroll[J].ScriptaMaterialia,2010,62(2):113-116.)，在保证力学性能基本一致的前提下，轧制道次由18道次降低至8道次，效率提高明显。4、本专利技术所需设备操作简单，安全，易于控制，同时制得样品尺寸较大，适合批量加工，具有良好的规模化应用前景。附图说明图1为镁合金棒材槽轧孔型示意图。图2为AZ31镁合金在轧制速度为0.5m/s、轧制温度为350℃时，槽轧不同道次后的宏观形貌与显微组织图。其中，图2a为槽轧不同道次后AZ31镁合金的宏观形貌；图本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高性能镁合金棒材的制备方法，其特征为包括以下步骤：(1) 原坯料的选取与打磨对原坯料表面进行打磨；其中，所述的原坯料为镁棒或镁合金棒；所述的镁合金为Mg‑M，其中，M为Al、Zn、Mn、Si、Zr、Ca、Sn、Bi和RE中的一种或多种，其质量百分含量为镁合金的0‑15%，RE为Y、Gd、Ce或Nd；(2) 坯料的均匀化处理氩气氛围下，将打磨后的原坯料在350‑500℃下保温8‑24h，然后在35℃温水中淬火，得到均匀化的坯料；(3) 坯料的预处理对均匀化的坯料进行机加工处理，制得直径20‑40mm的圆棒；(4) 镁合金棒的预热将机加工处理后的圆棒在200‑450℃下预热10‑30min；其中，当预热温度高于350℃时，预热过程需通入氩气进行保护；(5) 镁合金棒的槽轧镁合金棒预热结束后，立即进行槽轧加工，主要利用菱‑方孔型双辊槽轧机系统完成；轧辊速度为0.1‑0.5m/s，轧制道次为6~10道次，最后一道次轧制两次；槽轧过程中，以菱孔道次、方孔道次交替进行，终轧定为方孔轧制；每一道次轧制结束后，将棒材旋转90º后立即进行下一道次轧制，其中每一道次面积减少19.8~24.6%，累计减少量为71.9%‑88.0%；槽轧结束后，室温冷却。...
【技术特征摘要】
1.一种高性能镁合金棒材的制备方法，其特征为包括以下步骤：(1)原坯料的选取与打磨对原坯料表面进行打磨；其中，所述的原坯料为镁棒或镁合金棒；所述的镁合金为Mg-M，其中，M为Al、Zn、Mn、Si、Zr、Ca、Sn、Bi和RE中的一种或多种，其质量百分含量为镁合金的0-15%，RE为Y、Gd、Ce或Nd；(2)坯料的均匀化处理氩气氛围下，将打磨后的原坯料在350-500℃下保温8-24h，然后在35℃温水中淬火，得到均匀化的坯料；(3)坯料的预处理对均匀化的坯料进行机加工处理，制得直径20-40mm的圆棒；(4)镁合金棒的预热将机加工处理后的圆棒在200-450℃下预热10-30min；其中，当预热温度高于350℃时，预热过程需通入氩气进行保护；(5)镁合金棒的槽轧镁合金棒预热结束后，立即进行槽轧加工，主要利用...
【专利技术属性】
技术研发人员：余晖，李其智，范少达，李丽超，杨明绪，冯建航，殷福星，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。