基于剧烈塑性变形的镁合金丝材制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于剧烈塑性变形的镁合金丝材制备方法，首先将镁合金原料进行熔炼并浇铸成直径Φ20mm以上的圆棒铸锭，然后将铸锭在300~360℃范围内，利用16~36的挤压比热挤压成Φ5~8mm的细圆棒材，将挤压圆棒分段后在200~300℃范围内进行4~8道次等通道转角挤压，随后将棒材在室温下进行拉拔加工，当材料累积断面收缩率达到70±5%时在150~200℃下进行3~10分钟退火，重复进行拉拔和退火处理直至制得所需尺寸的丝材。本发明专利技术通过等通道挤压工艺在拉拔前对镁合金棒材施加剧烈塑性变形，可大幅降低待拉拔镁合金的原始晶粒尺寸，从而显著增加了镁合金的拉拔加工性能及最终丝材的综合力学性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于有色金属塑性成形领域，涉及一种在剧烈塑性变形基础上的镁合金丝材拉拔制备方法。
技术介绍
镁合金由于其特有的轻质高强的特点，在节能环保的背景下，近年来其应用和开发已取得了长足的发展，这同时也带动了各行业对镁合金丝材的需求。镁合金丝不仅能够作为焊丝应用于焊接成型上，还能制作成编织材料、丝复合材料以及生物医用植入材料等应用于不同领域，而这也正是镁合金研究者未来关注的重点方向。目前，采用常规热挤压方法虽可加工出直径f2mm的镁合金丝材，但更细的丝材直径和更高的精度要求对于热挤压加工来说都有相当的困难，且高温下的动态再结晶会造成挤压后晶粒较粗，使丝材材质偏软，强度较低而韧性不足。相较而言，拉拔工艺是生产金属丝材最常用也最理想的工艺方法，它不仅能方便制备出具有良好综合力学性能及高的尺寸精度和均匀性的细丝材，且具有连续出丝长度长、设备局限性小等优点。然而，不同于铁、铜、铝合金等立方晶体结构金属相对成熟、简单的拉拔工艺，镁合金拉拔具有相当的难度。这主要归结于镁合金密排六方晶体结构下较少的独立滑移系造成其塑性变形能力，特别是室温塑性变形能力不佳，再加之拉拔过程中的单向拉应力很容易诱导变形过程中裂纹的萌生和扩展，进而导致丝材在受到相对较小的塑性变形时就会发生断裂。正因为此，长期以来鲜有研究者对镁合金丝材，尤其是Imm以下细丝材的拉拔加工进行专门研究，目前能查阅到的公开资料也仅有非常少量的几篇。公开号为CN1554495A及CN101837380B的中国专利分别公开了一种镁合金丝材的热拉拔工艺，前者是加热模具利用热传导间接提高镁丝温度，而后者采用电磁场直接对镁丝进行加热。它们的原理都是利用较高的温度来提升镁合金的塑性，从而能够实现较大变形量的拉拔过程，并且由于高温形变时伴随着动态回复或动态再结晶，减少了中间热处理环节。尽管如此，热拉拔仍然存在一些难以避免的不足。其一、高温拉拔时出现的动态回复和再结晶将导致拉拔后丝材晶粒较粗大，不利于丝材综合力学性能的提升。其二、拉拔加工单向拉应力的受力特点使得材料的加工硬化作用在拉拔时非常重要，高温虽然使材料变形前的塑性提高、屈服强度降低，但同时也会造成变形后丝材的屈服强度降低及加工硬化效果减弱，因此拉拔过程需对模具变形率和温度进行准确控制，这反而增加了工艺的难度。特别是当加工细小尺寸的丝材时，材料对裂纹、杂质等缺陷的敏感性增加，出模后丝材较低的屈服强度和加工硬化率还可能会造成无法拉出或拉出后断丝的情况。室温拉拔充分利用了金属的加工硬化特征，在合理设计单道模具变形量的基础上，能顺利进行较大累积变形量的丝材拉拔。虽然在拉拔过程中必须进行中间再结晶热处理，但这样的静态再结晶能够通过工艺的掌控起到逐步细化材料晶粒的作用，从而使拉拔后丝材的强度和塑性都得到较大幅度提高。专利号为CN101468363B的中国专利已经公开了一种室温多道次拉拔工艺，利用7 12%的单道次变形量及50飞0%的累积变形量加上40(T420°C的中间退火，能够顺利加工出0.22mm直径镁丝。该工艺方法已可作为一种较为成熟的方法进行常规变形镁合金细丝的生产，不过对于一些添加了稀土或碱土元素的镁合金丝材加工仍然有一定的难度。另外，该工艺中拉拔选用的原材料是热挤压线材，其晶粒尺寸虽较铸态有明显降低，但仍然有1(Γ50μπι左右，难以达到IOym以下。晶粒细化是增加材料强度和塑性等综合力学性能最有效的方法之一，通过细化拉拔线材原始晶粒组织可提高材料加工性能，使一些较难变形的镁合金更易于拉拔成型；同时还能增加现有工艺下的拉拔变形量、降低退火温度。因此，通过对拉拔前原始晶粒的细化，现有镁合金拉拔工艺仍有较大的提升空间。
技术实现思路
技术问题:本专利技术提供一种可以提高拉拔过程镁合金的加工性能、降低再结晶退火温度，从而提高生产效率、降低能耗的。技术方案:本专利技术的，包括如下步骤: (a)将镁合金原料混合后在气氛保护下置于熔炼炉中熔炼，待镁合金原料完全熔化后在68(T720°C浇铸成直径Φ20πιπι以上的圆棒铸锭； (b)将步骤(a)中得到的镁合金铸锭热挤压成型为直径Φ5 8πιπι的细圆棒材，挤压温度为30(T360°C，挤压比控制在16 36范围； (c)将步骤(b)中挤压成型的细圆棒材切割分段后放入通道转角为90°、转角弧度(Γ30°的等通道转角挤压模具内进行Γ8道次转角挤压，挤压温度为20(T30(TC ； (d)将经过步骤(c)等通道挤压后的棒材进行多道次室温干拉拔，相邻拉拔道次之间材料断面收缩率控制在12 20%，当多道拉拔的累积断面收缩率达到70±5%时进行中间退火，退火温度为15(T200°C，退火时间3 10min，重复上述拉拔和退火过程直至棒材达到所需尺寸。 为达到最佳的丝材性能及生产效率，将涉及的合金成分进行了限定，镁合金原料为常规Mg-Al系合金、Mg-Zn系合金或在上述两种合金中添加了 0.2^4.5wt%的稀土元素的多元系镁合金，其中Mg-Al系合金中Al含量为2.5 6.5wt%，Zn含量为0.5 1.5wt%，Mn含量为0.2 1.0wt%，其余为Mg及不可避免的杂质；Mg-Zn系合金中Zn含量为3.5 6.5wt%，Zr含量为0.15 0.9wt%，其余为Mg及不可避免的杂质；多元系镁合金中的稀土元素为纯La、纯Ce或La、Ce混合稀土。为获得更好的晶粒细化效果，作为本专利技术的一种改进，可在步骤(a)中合金熔炼时采用0.lat% SF6+ CO2混合气体作为保护气氛，合金熔液浇铸于圆柱形纯铜水冷模中，浇铸圆棒铸锭直径为Φ2(Γ32πιπι。为获得更好的性能及表面质量，作为本专利技术的另一种改进，在步骤(b)中热挤压时的挤出速度可控制在2(T30mm/S。另外，步骤(c)中等通道挤压棒材的长度在150_以上，挤压速度2 5mm/s，等通道挤压的路径为每进行完一道次等通道转角挤压后，挤出棒材以中心轴为旋转轴沿同一方向旋转90°后再次放入模具中进行下一道挤压。在丝材生产过程中，为了达到最佳的生产效率和成品率，作为本专利技术的又一种改进，在步骤(d)中拉拔在直进式拉拔机或卧室拉丝机上进行，其中直径φ 1.5mm以上拉拔在直进式拉拔机上进行，直径φ 1.5mm及以下拉拔在卧室拉丝机上进行，室温干拉拔的润滑剂为固体金属皂粉或金属基润滑脂，拉拔出丝速度为 60 100mm/s。 本专利技术方法通过在拉拔前对镁合金施加等通道挤压剧烈塑性变形的方法大幅减小待拉拔镁合金的原始晶粒尺寸，可制备出综合力学性能更为优异的镁合金丝材，同时拉拔过程镁合金的加工性能提高、再结晶退火温度下降，从而提高生产效率、降低能耗。有益效果:与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果: 1.与热拉拔不同，本专利技术的拉拔工艺充分利用了室温下金属塑性变形的加工硬化效应，利用出模后丝材增大的屈服强度保证较大变形量下拉拔的顺利进行，避免了由于高温回复和再结晶软化造成变形后丝材强度下降对拉拔产生的不利影响，特别是避免了在拉拔对细微缺陷更加敏感的细小直径丝材时由于强度不足而可能引起的无法拉出或拉出后频繁断丝现象。另外，相比热拉拔时发生的动态再结晶，室温拉拔采用静态再结晶退火工艺能保证材料晶粒尺寸逐步得到细化，使最终丝材的强度和塑性比拉拔前均有大幅度提高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于剧烈塑性变形的镁合金丝材制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：（a）将镁合金原料混合后在气氛保护下置于熔炼炉中熔炼，待镁合金原料完全熔化后在680~720℃浇铸成直径Φ20mm以上的圆棒铸锭；（b）将所述步骤（a）中得到的镁合金铸锭热挤压成型为直径Φ5~8mm的细圆棒材，挤压温度为300~360℃，挤压比控制在16~36范围；（c）将所述步骤（b）中挤压成型的细圆棒材切割分段后放入通道转角为90°、转角弧度0~30°的等通道转角挤压模具内进行4~8道次转角挤压，挤压温度为200~300℃；（d）将经过步骤（c）等通道挤压后的棒材进行多道次室温干拉拔，相邻拉拔道次之间材料断面收缩率控制在12~20%，当多道拉拔的累积断面收缩率达到70±5%时进行中间退火，退火温度为150~200℃，退火时间3~10min，重复上述拉拔和退火过程直至棒材达到所需尺寸。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：白晶，刘欢，彭婷婷，薛烽，周健，孙扬善，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：