本发明专利技术公开了一种纳米晶镁合金的连续剧烈塑性变形制备方法，首先将配制的镁合金原料熔炼并浇铸成圆棒铸锭，随后在340~460℃热挤压为Φ9~12mm棒材，将挤压圆棒切割分段后在200～325℃进行4~8道次的等通道转角挤压，然后将棒材切割成厚度0.8~1mm的圆片试样进行室温高压扭转，压力为4～6Gpa，扭转2～10圈。本发明专利技术将常规热挤压及属于剧烈塑性变形工艺的等通道转角挤压和高压扭转相结合，可容易地制备出平均晶粒尺寸100nm以下、组织均匀的镁合金，大幅提高了镁合金的力学性能，同时还具有制备纳米晶镁合金材料的尺寸大、工艺简单、加工效率高、杂质和缺陷少等特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于镁合金塑性成型领域，涉及一种连续剧烈塑性变形制备纳米晶镁合金的方法。
技术介绍
镁合金作为最轻的金属结构材料，具有比强度和比刚度高、切削加工性能和阻尼减震性能良好、资源丰富和易于回收等优点，具有广阔的应用前景。然而，由于镁合金自身结构特点造成的强度不高及塑性较差等不足极大限制了其应用范围，如何提高镁合金综合力学性能已成为业界一直以来的研发重点。晶粒细化不仅可以提高材料的强度，而且可有效提高塑性变形过程中晶界协调变形能力，从而提高材料的塑性和韧性，并大幅改善合金的加工性能，被认为是提高材料力学性能最佳方法之一。特别是当晶粒细化至纳米晶后，除了更好的力学行为外，大比例的界面还能使材料表现出常规状态下难以具有的优异物理、化学性能。对于金属材料来说，目前常用的细化晶粒方法是铸造工艺中的变质处理法和热加工过程中动态再结晶等方法。虽然用这些工艺均可达到细化晶粒的目的，但晶粒尺寸一般在几十微米量级，很难达到更小的尺寸。在现今发展中的材料超细化晶粒(晶粒尺寸在Ιμπι以下)工艺方法中，剧烈塑性变形技术表现出极具吸引力的优势。这类技术既能制备较大尺寸的超细晶材料，又防止了其它方法(如快速凝固、喷射沉积、高能球磨、非晶晶化等)中难以避免地引入杂质或缺陷等问题的产生，已成为超细晶材料制备的一个主要发展方向，这其中又以等通道转角挤压(ECAP)和高压扭转(HPT)由于工艺实施更加简便快速而受到更多研究者关注。目前，等通道 转角挤压在镁合金上的工作已有大量报道。研究表明，虽然采用等通道转角挤压方法能显著细化镁合金的晶粒组织，但其密排六方晶体结构独立滑移系过少而造成的室温塑性变形能力较差导致ECAP对大部分镁合金的加工仍然只能在较高温度下进行，此时剧烈的原子运动加快了动态回复和再结晶过程及位错、晶界的迁移速度，从而导致挤压后镁合金动态再结晶晶粒无法达到非常细小的尺度，晶粒尺寸通常保持在微米数量级。如 R.B.Figueiredo 和 Τ.G.Langdon 在《Journal of Materials Science》2008 年43 卷 23-24 期 7366-7371 页发表的“Developing superplasticity in a magnesium AZ31alloy by ECAP”文章中的结果表明，采用常规ECAP方法在200°C经4道次挤压后，AZ31镁合金的晶粒尺寸达到 2.2 μ m。中国专利CN 1331621C中公开了一种镁合金的两步ECAP方法，该方法采用不同温度下的两步等通道挤压能使晶粒得到进一步细化，其中AZ31镁合金经第二步挤压后可将一步ECAP后的2 μ m晶粒继续细化至0.5 μ m。尽管如此，利用ECAP方法仍很难将镁合金晶粒尺寸降至更小的500nm以下。相比之下，HPT工艺通过在状试样上加载高压并同时施以一个扭转应变的方法造成强烈变形而达到细化晶粒的目的，其工艺特点决定了 HPT对材料的选择更广，过程也更易实现，对于几乎所有镁合金HPT都能在室温下进行很大变形量的加工，也正因为此，HPT加工后镁合金的晶粒尺寸通常能达到更细小的水平。如Y.Hang等人在《AdvancedEngineering Materials》2012 年 14 卷 11 期 1018-1026 页发表的“Evolution of strengthand homogeneity in a magnesium AZ31 alloy processed by high-pressure torsionat different temperatures”一文中发现，经6GPa压力下I圈/分钟(rpm)转速高压扭转5圈后，AZ31试样最小晶粒尺寸为0.8±0.1 μ m。而J.Bai等人在《Materials ScienceForum》2011 年 667-669 卷 391-396 页发表的 “Microstructural Evolution of Mg_4NdAlloy Processed by High-Pressure Torsion” 中的研究结果显不，Mg_4Nd 合金中的第二相能有效降低HPT后的晶粒组织，室温下5GPa/lrpm高压扭转5圈后，晶粒尺寸能达到 200nm。虽然HPT加工后镁合金的晶粒尺寸比ECAP有明显的减小，但另一方面，镁合金较高的层错能及较低的回复再结晶温度使它HPT后的再结晶晶粒无法达到Al、Cu、Fe等合金HPT后IOOnm以下的纳米量级，通常只在10(T500nm范围。此外，由于HPT工艺特点，扭转过程中试样表面从圆心至边缘所受到的剪切应变并不相同，从而造成加工后试样组织和力学性能的不均匀，这一现象通常需要实施较多的扭转圈数才能逐渐消除。
技术实现思路
技术问题:本专利技术目的是提供一种可以解决现有塑性变形方法难以得到IOOnm以下纳米级晶粒镁合金问题的。 技术方案:本专利技术的，工艺步骤如下: Ca)将所需的镁合金原料在气氛保 护下进行熔炼，待镁合金原料完全熔化后，于68(T720°C浇铸成直径为Φ4(Γ72πιπι的圆棒铸锭； (b)将镁合金铸锭经热挤压成型为直径Φ扩12mm的棒材，挤压温度为34(T460°C，挤压速度为10 30mm/s ； (c)将步骤(b)中挤压成型的棒材切割分段后，放入模腔截面直径与挤压棒材直径相同的圆形等通道转角挤压模具内，在温度200 325°C、挤压速度f 5mm/s条件下进行4 8道次转角挤压； (d)将经过步骤(c)等通道挤压的棒材垂直于轴向切割成厚度0.S^lmm的圆片试样，然后在室温下进行高压扭转加工，加工时压力保持为4 6Gpa，转速为0.5^2圈/分钟，扭转2 10圈后完成整个加工过程。为达到最佳的加工性能和综合力学性能，将加工的镁合金成分范围进行了进一步限定，镁合金包括镁铝系合金、镁锌系合金、镁稀土系合金，镁铝系合金的成分为:A11.5 6.5wt%, Zn 0 6.5wt%, Mn 0.2 1.0wt%,稀土 0 4.5wt%,所述稀土为纯 Ce、纯 La 或La、Ce混合稀土，其余为Mg和不可避免的杂质；镁锌系合金的成分为:Zn 1.5飞.5wt%, Zr0.15^0.9wt%，其余为Mg和不可避免的杂质；镁稀土系合金的成分为:稀土为Nd、Y、Gd中的一种或几种混合,稀土总含量为3.5 8.5wt%, Zn (Γθ.8wt%, Zr 0.2 0.8wt%，其余为Mg和不可避免的杂质。为获得更好的晶粒细化效果和更便捷的加工过程，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SF6 + CO2的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。另外，还可将步骤(b)中热挤压时挤压比控制在16 64。为获的更好的晶粒细化效果和均匀性，作为本专利技术的一种改进，还可以是:步骤(C)中等通道挤压模内的通道转角为9(Γ120°且无弧度，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。作为本专利技术的又一种改进，还可以是:步骤(d)中圆片试样的高压扭转在受限或准受限型模具条件下进行。 本专利技术将优化的热挤压及属于剧烈塑性变形工艺的等通道转角挤压和高压扭本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种纳米晶镁合金的连续剧烈塑性变形制备方法，其特征在于，该方法的工艺步骤如下：（a）将所需的镁合金原料在气氛保护下进行熔炼，待镁合金原料完全熔化后，于680~720℃浇铸成直径为Φ40~72mm的圆棒铸锭；（b）将镁合金铸锭经热挤压成型为直径Φ9~12mm的棒材，挤压温度为340~460℃，挤压速度为10~30mm/s；（c）将所述步骤（b）中挤压成型的棒材切割分段后，放入模腔截面直径与挤压棒材直径相同的圆形等通道转角挤压模具内，在温度200～325℃、挤压速度1~5mm/s条件下进行4～8道次转角挤压；（d）将经过步骤（c）等通道挤压的棒材垂直于轴向切割成厚度0.8~1mm的圆片试样，然后在室温下进行高压扭转加工，加工时压力保持为4～6Gpa，转速为0.5~2圈/分钟，扭转2～10圈后完成整个加工过程。
【技术特征摘要】
1.一种纳米晶镁合金的连续剧烈塑性变形制备方法，其特征在于，该方法的工艺步骤如下: Ca)将所需的镁合金原料在气氛保护下进行熔炼，待镁合金原料完全熔化后，于68(T720°C浇铸成直径为Φ4(Γ72πιπι的圆棒铸锭； (b)将镁合金铸锭经热挤压成型为直径Φ扩12mm的棒材，挤压温度为34(T460°C，挤压速度为10 30mm/s ； (c)将所述步骤(b)中挤压成型的棒材切割分段后，放入模腔截面直径与挤压棒材直径相同的圆形等通道转角挤压模具内，在温度200 325°C、挤压速度f 5mm/s条件下进行4 8道次转角挤压； (d)将经过步骤(c)等通道挤压的棒材垂直于轴向切割成厚度0.flmm的圆片试样，然后在室温下进行高压扭转加工，加工时压力保持为4 6Gpa，转速为0.5^2圈/分钟，扭转2 10圈后完成整个加工过程。2.根据权利要求1所述的纳米晶镁合金的连续剧烈塑性变形制备方法，其特征在于，所述镁合金原料为镁铝系合金、镁锌系合金或镁稀土系合金，所述镁铝系合金的成分为:A11.5 6.5wt%, Zn 0 6.5wt%, Mn 0.2 1.0wt%，稀土 0 4.5wt%，所述稀土为纯 Ce、纯 La 或 La、...
【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：
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