一种层状双尺度镁合金的制备方法技术

本发明专利技术提供一种层状双尺度镁合金的制备方法，属于轻金属材料加工领域。其包括：将经过加热均匀化处理的镁合金板坯于280‑370℃下等温加热20‑30min后，立即进行第一道次轧制变形，轧制的应变速率为3.5‑4.9s

【技术实现步骤摘要】
一种层状双尺度镁合金的制备方法
本专利技术属于轻金属材料加工领域，特别涉及一种层状双尺度镁合金的制备方法。
技术介绍
随着节能环保成为当今时代的主题，镁及其合金由于具有比强度高、密度低、阻尼性和屏蔽性好等优点，已被广泛应用于航空航天、轨道交通、电子产品等领域，汽车轻量化的要求和能源资源的紧张更是极大地促进了镁合金的发展。随着工程构件服役环境的日益复杂，对镁合金性能的要求越来越高。然而，作为在工程应用的最轻质金属结构材料的镁合金是典型的密排六方晶体结构，且层错能低、独立滑移系少，在低温加工时易发生开裂等情况。目前，镁合金的构件一般都以铸造为主，但铸造镁合金具有疏松、缩孔、夹杂、微裂等缺陷，导致了其强度和塑韧性很难满足当今时代的工业应用需求，极大地限制了其在工程的应用。因此，亟待寻求一种高效率、低成本的新型成形工艺方法制备具有优异综合力学性能的镁合金，提高传统镁合金的性能，这对进一步扩大镁合金的工业应用范围具有重要意义。镁合金的生产方式主要有铸造成型和锻造成型两种。铸造镁合金具有之前所述的疏松、缩孔、夹杂、微裂等缺陷，因而其强度和塑韧性均较差；与铸造镁合金相比，锻造镁合金可能经历传统的塑性成形工艺，如：挤压、轧制等或新型的大塑性变形，如：高压扭转、等通道转角挤压、往复墩－挤等，能够有效地消除材料的内部组织缺陷，获得微观组织的显著细化。细晶镁合金在诸多力学方面的性能是传统粗晶态材料无法比拟的，如更高的强度、硬度以及耐磨性。然而在室温和较大应变速率条件下变形时，细晶镁合金的塑性弱于传统的粗晶材料。双尺度结构合金，即材料的内部组织结构是由一定数量的粗晶、超细晶或纳米晶其中的两种尺度组织形貌所构成，双尺度合金同时兼备了两种组成尺度组织的优点：粗晶有很强的加工硬化能力，可以抵抗细晶在塑性变形时的变形失稳，提高了材料的变形稳定性和塑性；超细晶或纳米晶的形成大大增加了晶粒的晶界面积，阻碍位错迁移的能力提高，因而表现出合金高强度的力学特征。综上，双尺度结构材料具有优良的塑韧性和较高的强度及硬度，从而可以满足工程构件日益苛刻的应用要求。目前，双尺度结构镁合金材料的主要通过粉末冶金和塑性变形方法制备获得。粉末冶金方法是将两种具有不同尺度晶粒的粉末颗粒进行机械混合，而后固态烧结获得镁合金块体材料，这种方法对烧结工艺过程温度的控制要求很高，温度参数的变化会导致晶粒不同程度的长大，很难精确控制合金内部组织的双尺度遗传性。塑性变形方法可以在变形过程中引入大的应变量，从而对原始坯料中的粗晶进行有效细化，且可以获得完整的大尺寸块体试样。然而，镁合金成形工艺的调控需要对塑性变形工艺进行合理的选择甚至是组合，以及选择合适的变形工艺参数和是否对材料进行热处理，这些因素的变化使工艺调控镁合金的性能充满着不确定性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种层状双尺度镁合金的制备方法，采用高应变速率、梯度降温双道次轧制，能够获得具有层状双尺度组织结构的高强韧镁合金材料，超细晶层和微米晶层的交替层状分布，提高了镁合金的强度和塑韧性。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：一种层状双尺度镁合金的制备方法，其包括：将经过加热均匀化处理的镁合金板坯于280-370℃下等温加热20-30min后，立即进行第一道次轧制变形，轧制的应变速率为3.5-4.9s-1，得到变形板材；在对所述变形板材进行退火处理后，于280-340℃下进行第二道次轧制变形，轧制的应变速率为6.0-7.1s-1。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，所述加热均匀化处理的温度为400-440℃，保温时间为12-16h。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，所述退火处理的退火温度为280-340℃，退火时间为30-60min。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，所述第一道次轧制变形和所述第二道次轧制变形中轧制的线速度均为15-18m/min。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，在所述第一道次轧制变形中，压下量为所述镁合金板坯高度的30-40％。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，在所述第二道次轧制变形中，压下量为所述变形板材高度的50-60％。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，所述第二道次轧制变形的轧制温度与所述第一道次轧制变形的轧制温度之差为25-35℃。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：因镁合金是典型的密排六方晶体结构，且层错能低、独立滑移系少，若采用单道次热轧的方法，应变速率高，容易发生开裂等情况。传统的轧制工艺为了避免板材开裂通常采用小压下量、多道次热轧，包括中间热处理过程的方法，工艺复杂，生产效率低，成本高。1.本专利技术提供的这种层状双尺度镁合金的制备方法，采用高应变速率、梯度降温双道次轧制不仅可以获得组织细小、性能优良的镁合金板材，而且减少了轧制道次，简化了中间工艺的流程，生产效率稿，工业化应用的市场前景广阔。2.高应变速率轧制能在短时间内在铸态镁合金板材内部引入大的应变量，通过高应变速率可以使变形组织中产生大量孪晶，孪晶之间的交互作用和孪晶内的动态再结晶使组织得到细化，不但能释放应力集中以避免轧制开裂，而且可以获得双尺度组织，有利于强度的提升。3.高应变速率和大应变轧制变形，使镁合金板材只能通过局部区域的持续快速流变承担高应变速率变形，在其内部有明显的剪切带出现，剪切带中的超细晶组织与其它区域的微米晶组织构成了超细晶层和微米晶层的交替层状分布，提高了镁合金的强度和塑韧性。4.在该方法中，第一道次轧制的应变速率为3.5-4.9s-1，第二道次轧制的应变速率为6.0-7.1s-1。板材经过第一道次的轧制可以使原始组织中粗大的晶粒得到细化，这对第二道次高应变速率轧制的进行起到有利的作用：一方面使材料软化不易产生应力集中以致开裂；另一方面有利于板材塑性的提升。5.在对镁合金板坯进行轧制前，对其进行均匀化加热处理，有利于第二相弥散分布于基体中，消除铸态组织中分布有过多粗大的第二相。6.在本专利技术中，第一道次轧制变形的压下量为30-40％，第二道次轧制变形的压下量为50-60％，其有利于形成镁合金的双尺度结构，若压下量过大，具有密排六方结构的镁合金容易产生裂纹甚至是开裂；反之，若压下量过小，则需增加轧制道次，降低了生产效率。附图说明图1是实施例1制备的镁合金板在第二道次终轧后的微观组织图；图2是实施例1制备的镁合金板在第二道次终轧后的晶粒尺寸分布图；图3是实施例2制备的镁合金板在第二道次终轧后的微观组织图；图4是实施例2制备的镁合金板在第二道次终轧后的晶粒尺寸分布图；图5是实施例3制备的镁合金板在第二道次终轧后的微观组织图；图6是实施例3制备的镁合金板在第二道次终轧后的晶粒尺寸分布图；以及图7是对比例1制备的镁合金板的微观组织图。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种层状双尺度镁合金的制备方法，其特征在于，其包括：/n将经过加热均匀化处理的镁合金板坯于280-370℃下等温加热20-30min后，立即进行第一道次轧制变形，轧制的应变速率为3.5-4.9s

【技术特征摘要】
1.一种层状双尺度镁合金的制备方法，其特征在于，其包括：
将经过加热均匀化处理的镁合金板坯于280-370℃下等温加热20-30min后，立即进行第一道次轧制变形，轧制的应变速率为3.5-4.9s-1，得到变形板材；
在对所述变形板材进行退火处理后，于280-340℃下进行第二道次轧制变形，轧制的应变速率为6.0-7.1s-1。


2.根据权利要求1所述的层状双尺度镁合金的制备方法，其特征在于，所述加热均匀化处理的温度为400-440℃，保温时间为12-16h。


3.根据权利要求1所述的层状双尺度镁合金的制备方法，其特征在于，所述退火处理的退火温度为280-340℃，退火时间为30-60mi...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐岩，李玮，虎鹏鸿，阎泽文，刘孝轲，贾建波，杨志刚，彭伟劲，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13