一種超細晶鎂合金薄板的高成材率加工方法技術

本發明專利技術涉及一種超細晶鎂合金薄板的高成材率集成加工技術。屬于鎂合金塑性加工技術領域。包括如下步驟：第一步，多道次等通道轉角擠壓加工：將鎂合金坯料置入預熱后的模具中進行保溫，再對坯料進行等通道轉角擠壓加工到8道次以上，得到超細晶鎂合金塊材；第二步，后續軋制加工：將第一步所得的超細晶鎂合金塊材進行多道次軋制，軋制溫度范圍是100～350℃，制得鎂合金薄板。本發明專利技術采用等通道轉角擠壓細化鎂合金組織提高塑性變形能力后，再利用連續軋制工藝將其加工成鎂合金薄板及其寬板，生產的鎂合金薄板為超細晶組織，組織均勻，強度和塑性好，成材率高。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種超細晶鎂合金薄板的高成材率集成加工技術。屬于鎂合金塑性加工

技術介紹
鎂合金是目前工業應用中最輕的金屬結構材料，具有高比強度和比剛度，在汽車、電子、航空航天等領域具有極其重要的應用價值和廣闊的應用前景。由于鎂具有密排六方結構，常溫下只有基面滑移系，塑性變形能力較差，成形困難，成材率低。目前，鎂合金的應用主要以模鑄、壓鑄和半固態成形產品為主，變形鎂合金僅在航空航天、電子和軍事等高端前沿領域有一定應用。與傳統鑄造鎂合金相比，變形鎂合金具有更高的強度、更好的延展性、更多樣化的力學性能。為進一步推動變形鎂合金產品在普通民用領域的應用，對變形鎂合金及其加工方法的研究就顯得尤為重要。軋制是鎂合金塑性加工的重要手段，因其可生產大規模生產大件型材而廣受關注。由于迄今對鎂合金塑性變形機理的認識還不夠全面和深入，鎂合金板材制備及其軋制成形工藝的研究尚處于初級階段。鎂合金板材軋制成形的以下特點制約了鎂合金板材的發展與應用1)鎂合金塑性變形能力差，且熱容量小，軋制過程中易發生邊裂和裂紋，導致其薄板加工易邊裂，成材率低(40%左右)，大寬幅薄板(如板寬2000mm以上)加工異常困難；2)鎂合金軋制道次壓下量通常在5%左右，較鋼和鋁小很多，生產效率不高。可見，提高鎂合金的塑性變形能力是改善其軋制成形性的關鍵所在。晶粒細化是公認的實現金屬材料強韌化的有效手段。申請人采用高道次等通道轉角擠壓同時提高了鎂合金的強度和塑性。等通道轉角擠壓(ECAP)是20世紀80年代初由俄羅斯科學家Segal在研究金屬純剪切變形的基礎上專利技術的大塑性變形加工方法，其可在不改變試樣初始形狀的情況下制備出致密的超細晶塊體金屬材料。對鎂合金進行多道次的ECAP加工，可獲得晶粒尺寸在Ium以下的超細晶組織，并明顯改善其組織均勻性和合金力學性能。由于鎂合金滑移系少，在塑性變形時內部晶粒傾向沿受力方向擇優排列，形成織構。在ECAP加工過程中，由于剪切受力方向與擠壓方向呈45°角，其所形成的變形織構具有較高的變形因子，非常有利于滑移系的開動，產生塑性變形。當晶粒非常細小時，不穩定晶界在整體材料中所占的比例很大，晶界滑移對變形的貢獻較大。因此，鎂合金經過ECAP加工后，其塑性得到了極大的提高，并且易產生低溫超塑性。同時，ECAP變形前后的鎂合金塊體材料尺寸不發生改變，可加工大尺寸塊體材料。目前，國內外研究者圍繞鎂合金的等通道轉角擠壓開展了不少研究工作，但加工應變量小，所制備的超細晶鎂合金微觀組織不均勻。圍繞高道次等通道轉角擠壓加工后鎂合金的后續軋制，迄今尚無相關研究報道。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是提供一種工藝操作簡單、成材率高的鎂合金薄板及其寬板加工方法，推進高性能鎂合金板材在通訊、電子、汽車等普通民用領域的廣泛應用。通過ECAP加工技術可以制備出組織細密、性能良好的超細晶鎂合金，特別是在提高鎂合金塑性/超塑性的優勢方面已經通過多方實驗證實。本專利技術充分利用ECAP后的超細晶鎂合金具有良好塑性變形能力的特點，與后續軋制加工相結合，集成了一種制備高性能、高成材率的超細晶鎂合金薄板及其寬板的加工方法。我們對此集成加工技術的加工工藝、參數及材料性能進行了細致的研究工作，旨在獲得高性能鎂合金板材的同時，提高加工成材率，降低加工溫度，達到節約能源和資源、降低成本、提高生產效率和生產鎂合金寬板的目的，促進高性能鎂合金的應用。本專利技術的特點是利用多道次ECAP加工與后續軋制加工相結合用于提高鎂合金薄板的加工成材率。利用多道次等通道轉角擠壓細化鎂合金組織，優化變形織構，提高鎂合金塑性變形能力；再通過軋制工藝實現連續減薄，將等通道轉角擠壓塊材加工成鎂合金薄板甚至寬板，集成ECAP和軋制加工技術提高鎂合金薄板成材率和強度。具體地說，采用的技術方案是 一種超細晶鎂合金薄板的高成材率加工技術，包括以下步驟 第一步，多道次等通道轉角擠壓加工將鎂合金坯料置入加工模具中進行加熱保溫，然后對坯料進行等通道轉角擠壓加工到8道次以上，得到超細晶鎂合金塊材； 第二步，后續軋制加工將第一步所得的超細晶鎂合金塊材進行多道次軋制，軋制溫度范圍是100 350°C，制得鎂合金薄板。上述的第一步中，可以在將鎂合金坯料置入加工模具中進行加熱保溫前，對坯料進行高溫均勻化或固溶處理。可以使材質更加均勻。另外，可以根據與不同的等通道轉角擠壓模具尺寸，準備擠壓用鎂合金坯料。第一步中，對鎂合金坯料進行加熱保溫的目的是使坯料升溫至等通道轉角擠壓的加工溫度，該溫度可以根據鎂合金系列進行選擇，較優選范圍是450 100°C，在擠壓加工的過程中，會伴隨材料塑性的提高，因此，擠壓溫度也可以按每道次逐次降低，不必限定于采用同一溫度數值。保溫時間根據鎂合金塊材的大小不同進行選擇，較優選范圍是30 120mino通過等通道轉角擠壓工藝后，可以獲得組織均勻的晶粒平均尺寸小于5微米、室溫下延伸率大于20%的超細晶鎂合金塊材。上述的第二步中，可以根據軋制設備的要求將擠壓后得到的超細晶鎂合金塊材進行切割(也可以不切割)。另外，在每道次軋制后，還可以將鎂合金材料進行加熱保溫至軋制溫度，再進行下一道次的軋制。這是由于鎂合金熱容量小，每道次軋制后鎂合金溫度下降快，進行加熱保溫后，更利于后續的軋制。另外，每道次軋制壓下量優選范圍是10% 40%。在軋制的過程中，也可以對軋輥進行加熱，連續多道次軋制超細晶鎂合金塊材。這可以減少中間加熱保溫次數，效果更好。 技術效果 充分利用ECAP加工鎂合金的均勻組織和性能特點，充分發揮超細晶鎂合金的變形特性，對其進行中低溫熱軋，可顯著減少鎂合金軋制過程中的邊裂，并提高軋制道次壓下量，提高生產效率，降低能源消耗和成本，可獲得成材率高的鎂合金薄板及其寬板；由于邊裂顯著減少，可降低軋制過程中的不斷切邊需要，可以通過這種集成加工技術生產大寬幅鎂合金薄板。本專利技術對等通道轉角擠壓后的鎂合金進行后續軋制加工處理，另外，生產的鎂合金薄板為超細晶組織，組織均勻，強度和塑性好。附圖說明圖1是鑄態ZK60鎂合金金相組織； 圖2是420°C下固溶處理16h后ZK60鎂合金金相組織； 圖3是等通道轉角擠壓加工12道次后ZK60鎂合金金相組織； 圖4是等通道轉角擠壓與軋制組合加工后ZK60鎂合金金相組織。具體實施例方式下面結合具體實例對本專利技術的技術方案進行進一步說明。本專利技術所述的等通道轉角擠壓和軋制集成加工技術制備超細晶鎂合金薄板的方法不只局限于該具體實例。實施例1 本實例采用ZK60 (Mg-6wt% Zn-0. 5wt%Zr)鎂合金作為試驗材料。首先將鑄態ZK60鎂合金線切割加工成20mmX 20mmX40mm的長方體塊材，隨后將其置于加熱爐中加熱至420°C保溫16h進行固溶處理。圖1為鑄態ZK60的金相組織，呈粗大的枝狀晶；固溶處理后枝狀晶晶界消失，晶粒長大，平均晶粒尺寸約為150微米，如圖2。可選地，也可以在420°C下進行均勻化熱處理12h。將固溶處理后的塊材置入預先加熱至300°C的模具中保溫30分鐘，對其進行多道次等通道轉角擠壓。擠壓12道次以后，晶粒明顯細化，平均粒徑小于5微米，且組織均勻，如圖3所示。將等通道轉角擠壓加工后的試樣沿擠壓方向(Y軸)與豎軸法向(Z軸)組成本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種超細晶鎂合金薄板的高成材率加工方法，包括如下步驟：第一步，多道次等通道轉角擠壓加工：將鎂合金坯料置入加工模具中進行加熱保溫，然后對坯料進行等通道轉角擠壓加工到8道次以上，得到超細晶鎂合金塊材；第二步，后續軋制加工：將第一步所得的超細晶鎂合金塊材進行多道次軋制，軋制溫度范圍是100～350℃，制得鎂合金薄板。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：江靜華，袁玉春，馬愛斌，宋丹，楊東輝，陳建清，
申請(專利權)人：河海大學，
類型：發明
國別省市：