一种超细晶镁合金板材表面梯度组织结构与强化层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超细晶镁合金板材表面梯度组织结构与强化层及其制备方法，包括如下步骤：将经过退火处理的镁合金板材实施等温模压变形处理，获得超细晶镁合金板材，然后再对超细晶镁合金板材实施超声喷丸处理，获得表面梯度组织结构与强化层。将等温模压变形工艺和超声喷丸工艺结合起来，相对于单一的工艺能进一步减小AZ31镁合金晶粒尺寸，获得超细晶及表面梯度组织结构与强化层，增强材料的表面硬度。未经过等温模压变形和超声喷丸处理的AZ31镁合金平均晶粒尺寸为13.23μm，表面硬度为60HV。采用复合工艺后，镁合金晶粒尺寸减小43.16％，硬度提高296.67％。

【技术实现步骤摘要】
一种超细晶镁合金板材表面梯度组织结构与强化层及其制备方法
本专利技术属于金属材料改性
，涉及一种超细晶镁合金板材表面梯度组织结构与强化层及其制备方法，具体涉及一种利用等温模压变形和超声喷丸复合工艺获得超细晶镁合金板材表面梯度组织结构与强化层的制备方法。
技术介绍
公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。镁合金是目前最轻质的金属结构材料，其密度仅为1.8g/cm3，并且具有优异的散热性和减震性能，在航空、航天、交通运输、生物医学和电子等行业都有广阔的应用前景。然而，镁合金仍存在室温塑性变形能力差、脆性大、绝对强度偏低、耐腐蚀性差等问题，制约了镁合金的应用。模压变形是一种用于制备超细晶金属板材的剧烈塑性变形技术。对板材试样交替进行压弯与压平变形，可在材料的内部累积大量塑性应变，使晶粒得到细化，在不改变试样的形状以及尺寸的情况下，获得超细晶组织。现有技术中，曾试验将AZ31镁合金板材进行2道次的等温模压变形，晶粒细化效果较为显著，板材强度和硬度的平均水平明显提高。然而，等温模压变形AZ31镁合金板材的表层晶粒组织较内部更为粗大，而且表面出现微裂纹，导致板材塑性指标下降，表面硬度也未得到改善。因此，仅采用等温模压变形的方式难以获得超细晶镁合金板材及其表面梯度组织结构与强化层。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的不足，本专利技术的目的是提供一种超细晶镁合金板材表面梯度组织结构与强化层及其制备方法。该制备方法有细化晶粒、提高硬度、绿色无污染等优点，应用前景广阔。为了解决以上技术问题，本专利技术采用如下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种超细晶镁合金板材表面梯度组织结构与强化层的制备方法，包括如下步骤：将经过退火处理的镁合金板材实施等温模压变形处理，然后再对镁合金板材实施超声喷丸处理，获得超细晶镁合金板材表面梯度组织结构与强化层。第二方面，本专利技术提供一种超细晶镁合金板材表面梯度组织结构与强化层，由以上制备方法制备而来。与现有技术相比，本专利技术的以上一个或多个实施例的有益效果为：(1)本专利技术的制备方法操作方便简单、能耗低、绿色无污染。(2)本专利技术将等温模压变形工艺和超声喷丸工艺结合起来，相对于单一的工艺能进一步减小镁合金板材的晶粒尺寸，获得表面梯度组织结构与强化层，提高材料的表面硬度。未经过等温模压变形和超声喷丸处理的镁合金平均晶粒尺寸为13.23μm，表面硬度为60HV。采用复合工艺后，镁合金平均晶粒尺寸减小43.16％，表面硬度提高296.67％。(3)本专利技术的制备方法中，超声喷丸技术对表层组织和硬度的影响更加明显。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1是本专利技术实施例的等温模压变形和超声喷丸复合工艺原理图。图2是实施例1以及对比例1-3获得的显微组织图，其中，(a)为实施例1的显微组织图，(b)为对比例1的显微组织图，(c)为对比例2的显微组织图，(d)为对比例3的显微组织图。图3是实施例1以及对比例1-3获得的表层硬度分布曲线，其中，(a)为实施例1的硬度分布曲线，(b)为对比例1的硬度分布曲线，(c)为对比例2的硬度分布曲线，(d)为对比例3的硬度分布曲线。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。第一方面，本专利技术提供一种超细晶镁合金板材表面梯度组织结构与强化层的制备方法，包括如下步骤：将经过退火处理的镁合金板材实施等温模压变形处理，获得超细晶镁合金板材，然后再对超细晶镁合金板材实施超声喷丸处理，获得表面梯度组织结构与强化层。在一些实施例中，退火处理的温度为280-320℃，退火的时间为50-70min。在一些实施例中，对镁合金板材实施等温模压变形处理时的下压速率为4.9-5.1mm/min，温度为199-202℃。进一步的，等温模压变形处理的压弯齿的侧面倾角(θ)的大小为40°-50°，压弯齿的顶面宽度(T)与镁合金板材的厚度相同。在一些实施例中，超声喷丸处理中，钢球的粒径为2.5-3.5mm。进一步的，钢球的硬度为45-55HRC。进一步的，钢球铺满喷丸室的底部。进一步的，超声喷丸的实验装置的工作振幅为35-45μm，工作时间为80-120s。更进一步的，超声喷丸的实验装置的工作振幅为40μm，工作时间为100s。第二方面，本专利技术提供一种超细晶镁合金板材表面梯度组织结构与强化层，由以上制备方法制备而来。实施例11)将厚度为2mm的商用AZ31镁合金轧制板材进行退火处理，退火处理的温度为300℃，时间为60min。2)在YAW-5000F型微机控制电液伺服压力试验机上，对镁合金板材实施2道次的等温模压变形，模压实验下压速率为5mm/min，温度200℃。3)将直径为3mm，硬度为45～55HRC的铸钢丸放入喷丸室，钢球数量恰好铺满喷丸室底部，然后将模压变形后的镁合金板材(尺寸为25mm×25mm×2mm)固定在工件固定装置的上表面，超声工具头与试样之间的距离为7.5mm，设置超声喷丸实验装置工作振幅为40μm，工作时间为100s。4)启动超声发生器，超声发生器把工频交流电转换为电信号，并将电信号传递给超声换能器。5)超声换能器将电信号转变为超声振动，经过超声变幅杆传递给超声工具头产生40μm的机械振动。6)喷丸室内的铸钢丸在振动的超声工具头驱动下撞击镁合金板材表面，一次撞击结束后，丸粒由于反弹和重力作用重新回落到工具头上，再次被工具头驱动撞击试样，经过多次反复直到达到设定的撞击时间。实施例21)将厚度为2mm的商用AZ31镁合金轧制板材进行退火处理，退火处理的温度为290℃，时间为65min。2)在YAW-5000F型微机控制电液伺服压力试验机上，对镁合金板材实施2道次的等温模压变形，模压实验下压速率为5.1mm/min，温度201℃。3)将直径为3mm，硬度为45～55HRC的铸钢丸放入喷丸室，钢球数量恰好铺满喷丸室底部，然后将模压变形后的镁合金板材(尺寸为25mm×25mm×2mm)固定在工件固定装置的上表面，超声工具头与试样之间的距离为7.5mm，设置超本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超细晶镁合金板材表面梯度组织结构与强化层的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：/n将经过退火处理的镁合金板材实施等温模压变形处理，获得超细晶镁合金板材，然后再对超细晶镁合金板材实施超声喷丸处理，获得表面梯度组织结构与强化层。/n

【技术特征摘要】
1.一种超细晶镁合金板材表面梯度组织结构与强化层的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
将经过退火处理的镁合金板材实施等温模压变形处理，获得超细晶镁合金板材，然后再对超细晶镁合金板材实施超声喷丸处理，获得表面梯度组织结构与强化层。


2.根据权利要求1所述的超细晶镁合金表面梯度组织结构与强化层的制备方法，其特征在于：退火处理的温度为280-320℃，退火的时间为50-70min。


3.根据权利要求1所述的超细晶镁合金表面梯度组织结构与强化层的制备方法，其特征在于：对镁合金板材实施等温模压变形处理时的下压速率为4.9-5.1mm/min，温度为199-202℃。


4.根据权利要求3所述的超细晶镁合金表面梯度组织结构与强化层的制备方法，其特征在于：等温模压变形处理的压弯齿的侧面倾角的大小为40°-50°，压弯齿的顶面宽度与镁合金板材的厚度相同。


5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宗申，陈磊，朱立华，管延锦，于从潇，郑宏宇，
申请(专利权)人：山东理工大学，山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37