本發(fā)明屬于金屬材料及加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高強(qiáng)度高塑性的鎂合金擠壓材制備方法。

背景技術(shù)：

鎂合金是目前最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，由于其具有比強(qiáng)度和比剛度高、阻尼性能好、切削性能好、良好的電磁屏蔽性等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、汽車、電子等行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，鎂合金是密排六方結(jié)構(gòu)，室溫獨(dú)立滑移系少，因而變形能力差。塑性差和較低的強(qiáng)度限制了鎂合金的大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。隨著國(guó)家節(jié)能降耗和保護(hù)環(huán)境的需要，提高變形鎂合金的強(qiáng)度和塑性，已經(jīng)成為鎂合金發(fā)展的主要方向。

根據(jù)霍爾佩奇關(guān)系，材料的強(qiáng)度和晶粒尺寸的平方根成反比，即細(xì)化晶粒將提高材料的強(qiáng)度；同時(shí)，在一定范圍內(nèi)細(xì)化晶粒還可以提高材料的塑性。但是，當(dāng)晶粒細(xì)化到一定程度(納米尺寸)以后，霍爾佩奇關(guān)系并不適用，因?yàn)殡S著晶粒細(xì)化，晶粒內(nèi)部可動(dòng)位錯(cuò)數(shù)量減少，而增多的晶界會(huì)阻礙晶粒的變形協(xié)調(diào)發(fā)展，所以進(jìn)一步細(xì)化晶粒將導(dǎo)致材料的塑性降低。

研究表明，具有雙峰晶粒尺寸分布(納米尺寸和微米尺寸)微觀組織的材料，可以在強(qiáng)度降低很少的情況下，大幅提高其延伸率。但是，目前的擠壓成形工藝無(wú)法得到上述的微觀組織，因而在一定程度上制約了鎂合金擠壓材的推廣應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述不足，本發(fā)明提供一種新的提高強(qiáng)度和塑性的制造方法。通過(guò)擠壓坯料的兩次加熱和小擠壓比中低溫快速擠壓，得到具有良好力學(xué)性能的雙峰晶粒尺寸分布的型材。這種方法適用于變形鎂合金擠壓材的加工。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種高強(qiáng)度高塑性的鎂合金擠壓材制備方法，包括：

對(duì)鎂合金壞料進(jìn)行均勻化處理，預(yù)熱、二次加熱，得外熱內(nèi)冷、溫度呈梯度分布的擠壓坯料；

將上述的擠壓壞料采用中低溫快速擠壓成形，擠壓比為10-15，即得。

本發(fā)明中所述“中低溫快速擠壓成形”是指：在擠壓速度為5m/min-20m/min；擠壓筒溫度等于坯料二次加熱溫度，模具溫度等于坯料預(yù)熱溫度的條件下，進(jìn)行快速擠壓成形。

優(yōu)選的，所述擠壓坯料的內(nèi)外溫差為70℃-90℃，由外到內(nèi)梯度遞減。

優(yōu)選的，所述預(yù)熱處理的條件為：預(yù)熱溫度為170-220℃，保溫時(shí)間≥1-2min/mm×坯料半徑。

優(yōu)選的，所述二次加熱的條件為：二次加熱溫度為230-310℃，時(shí)間0.4-0.8min/mm×坯料半徑。

優(yōu)選的，所述中低溫快速擠壓成形過(guò)程中，擠壓筒溫度等于坯料二次加熱溫度，模具溫度等于坯料預(yù)熱溫度。

優(yōu)選的，所述中低溫快速擠壓成形的擠壓速度為5m/min-20m/min；擠壓筒溫度等于坯料二次加熱溫度，避免坯料通過(guò)擠壓筒散熱。模具溫度等于坯料預(yù)熱溫度

優(yōu)選的，所述擠壓出口處采用風(fēng)冷，降低擠壓材和擠壓模具的溫度。

優(yōu)選的，所述鎂合金為可時(shí)效強(qiáng)化鎂合金時(shí)，其預(yù)熱工藝為該合金的時(shí)效工藝。

優(yōu)選的，所需坯料和擠壓筒的尺寸根據(jù)產(chǎn)品的截面積和擠壓比計(jì)算。

本發(fā)明還提供了任一項(xiàng)上述的方法制備的高強(qiáng)度高塑性的鎂合金。

本發(fā)明還提供了上述的高強(qiáng)度高塑性的鎂合金在制造航空航天設(shè)備、汽車或電子器材中的應(yīng)用。

本發(fā)明的有益效果

(1)本發(fā)明提供的一種高強(qiáng)度高塑性的鎂合金擠壓材制備方法，通過(guò)擠壓坯料的兩次加熱和小擠壓比中低溫快速擠壓，得到具有良好力學(xué)性能的雙峰晶粒尺寸分布的型材。

(2)本發(fā)明采用較大的壓力擠壓機(jī)，可以克服中低溫?cái)D壓過(guò)程中鎂合金較大的變形抗力。

(3)本發(fā)明因?yàn)椴捎昧酥械蜏財(cái)D壓和較小的擠壓比，能夠?qū)ψ冃螣徇M(jìn)行有效控制，所以可以采用快速擠壓工藝，同時(shí)避免了鎂合金擠壓材常見(jiàn)的熱裂等缺陷。

(4)本發(fā)明采用了外熱內(nèi)冷的溫度呈梯度分布的擠壓坯料，擠壓過(guò)程中心的低溫部分吸收了大部分變形熱，使得變形溫度略高于鎂合金的再結(jié)晶溫度，導(dǎo)致不完全的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶組織，并且，其中細(xì)小的納米尺寸再結(jié)晶晶粒來(lái)不及長(zhǎng)大，因而可以得到雙峰晶粒尺寸的微觀組織——細(xì)小的納米尺寸晶粒使得材料具有較高的強(qiáng)度，而被細(xì)小晶粒包裹的大晶?？梢詤f(xié)調(diào)變形，使材料具有較好的塑性。

(5)由于采用快速擠壓工藝，通過(guò)本發(fā)明方法得到的高強(qiáng)度高塑性鎂合金擠壓材的生產(chǎn)效率較高。對(duì)于可熱處理強(qiáng)化的鎂合金，由于擠壓前做過(guò)預(yù)時(shí)效，擠壓后不需要時(shí)效處理。

(6)本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單、制備效率高、實(shí)用性強(qiáng)，易于推廣。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說(shuō)明書附圖用來(lái)提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。

圖1為實(shí)施例1擠壓得到的zk60鎂合金棒材的金相組織。

圖2為實(shí)施例1擠壓得到的zk60鎂合金棒材的力學(xué)性能。

圖3為實(shí)施例1擠壓得到的zk60鎂合金棒材的晶粒尺寸分布。

具體實(shí)施方式

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說(shuō)明都是例示性的，旨在對(duì)本申請(qǐng)?zhí)峁┻M(jìn)一步的說(shuō)明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與本申請(qǐng)所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

一種高強(qiáng)度高塑性的鎂合金擠壓材制備方法，采用小擠壓比、中低溫快速擠壓工藝，擠壓外熱內(nèi)冷的溫度呈梯度分布的坯料。

優(yōu)選的，擠壓比為10-15。根據(jù)產(chǎn)品的截面積和擠壓比計(jì)算出所需坯料和擠壓筒的尺寸。

優(yōu)選的，選用較大擠壓力的擠壓機(jī)，擠壓機(jī)的擠壓力f的計(jì)算方法如下，單位n。

f＝πr²p(1)

式中，r為擠壓筒的半徑，單位mm；p為比壓，其選擇范圍為:800-1200mpa。

優(yōu)選的，擠壓坯料的加熱工藝為：首先，預(yù)熱溫度為170-220℃，保溫時(shí)間≥1-2min/mm×坯料半徑，確保擠壓坯料溫度均勻；二次加熱溫度為230-310℃，時(shí)間0.4-0.8min/mm×坯料半徑，制備出外熱內(nèi)冷的擠壓坯料。

優(yōu)選的，擠壓筒溫度等于坯料二次加熱溫度，避免坯料通過(guò)擠壓筒散熱。模具溫度等于坯料預(yù)熱溫度。

優(yōu)選的，擠壓速度為5m/min-20m/min。

優(yōu)選的，擠壓出口處采用風(fēng)冷，降低擠壓材和擠壓模具的溫度。

優(yōu)選的，對(duì)于可時(shí)效強(qiáng)化鎂合金，預(yù)熱工藝用該合金的時(shí)效工藝替代。

優(yōu)選的，在擠壓加熱前，擠壓坯料經(jīng)過(guò)均勻化處理，消除鑄造的宏觀偏析。

實(shí)施例1

擠壓直徑20mmzk60鎂合金棒材。

選擇根據(jù)擠壓比10-15，求得擠壓筒和坯料的直徑在63mm-77mm之間。選擇坯料的直徑74mm、半徑r＝37mm，擠壓筒直徑為75mm。

根據(jù)f＝πr²p，計(jì)算的擠壓力在3.5mn-5.2mn之間，選擇400噸的擠壓機(jī)。

對(duì)zk60坯料進(jìn)行均勻化處理后，190℃時(shí)效24小時(shí)；直徑進(jìn)行二次加熱，加熱溫度為280℃，加熱時(shí)間20min。制備出外熱內(nèi)冷，溫差為90℃的擠壓坯料。

擠壓筒溫度280℃，模具溫度為190℃，擠壓速度為10m/min。

擠壓zk60棒材的力學(xué)性能為抗拉強(qiáng)度≥400mpa，屈服強(qiáng)度≥380mpa，延伸率＞18％。

擠壓后，棒材的金相組織為典型的雙峰晶粒尺寸分布，如圖1所示；力學(xué)性能如圖2所示；晶粒尺寸的分布如圖3所示。

實(shí)施例2

擠壓截面積為500mm²的u型az31b鎂合金型材。

選擇根據(jù)擠壓比10-15，求得擠壓筒和坯料的直徑在79mm-97mm之間。選擇坯料的直徑88mm、半徑r＝44mm，擠壓筒直徑為90mm。

根據(jù)f＝πr²p，計(jì)算的擠壓力在5.0mn-7.6mn之間，選擇600噸的擠壓機(jī)。

對(duì)az31b坯料180℃預(yù)熱90min；二次加熱，加熱溫度為250℃，加熱時(shí)間25min。制備出外熱內(nèi)冷，溫差為70℃的擠壓坯料。

擠壓筒溫度250℃，模具溫度為180℃，擠壓速度為12m/min。

擠壓型材的力學(xué)性能為抗拉強(qiáng)度≥350mpa，屈服強(qiáng)度≥310mpa，延伸率＞25％。

實(shí)施例3

擠壓10mm×100mm截面積為1000mm²的az80鎂合金板材。

選擇根據(jù)擠壓比10-15，求得擠壓筒和坯料的直徑在112mm-138mm之間。選擇坯料的直徑124mm、半徑r＝62mm，擠壓筒直徑為125mm。

根據(jù)f＝πr²p，計(jì)算的擠壓力在9.8mn-14.7mn之間，選擇1200噸的擠壓機(jī)。

對(duì)az80坯料進(jìn)行均勻化處理后，170℃時(shí)效24小時(shí)；直徑進(jìn)行二次加熱，加熱溫度為250℃，加熱時(shí)間30min。制備出外熱內(nèi)冷，溫差為80℃的擠壓坯料。

擠壓筒溫度250℃，模具溫度為170℃，擠壓速度為8m/min。

擠壓型材的力學(xué)性能為抗拉強(qiáng)度≥380mpa，屈服強(qiáng)度≥340mpa，延伸率＞20％。

實(shí)施例4

擠壓直徑20mmzk60鎂合金棒材。

選擇根據(jù)擠壓比10-15，求得擠壓筒和坯料的直徑在63mm-77mm之間。選擇坯料的直徑74mm、半徑r＝37mm，擠壓筒直徑為75mm。

根據(jù)f＝πr²p，計(jì)算的擠壓力在3.5mn-5.2mn之間，選擇400噸的擠壓機(jī)。

對(duì)zk60坯料進(jìn)行均勻化處理后，220℃時(shí)效24小時(shí)；直徑進(jìn)行二次加熱，加熱溫度為310℃，加熱時(shí)間40min。制備出外熱內(nèi)冷，溫差為90℃的擠壓坯料。

擠壓筒溫度310℃，模具溫度為190℃，擠壓速度為10m/min。

擠壓zk60棒材的力學(xué)性能為抗拉強(qiáng)度≥390mpa，屈服強(qiáng)度≥360mpa，延伸率＞19％。

實(shí)施例5

擠壓截面積為500mm²的u型az31b鎂合金型材。

選擇根據(jù)擠壓比10-15，求得擠壓筒和坯料的直徑在79mm-97mm之間。選擇坯料的直徑88mm、半徑r＝44mm，擠壓筒直徑為90mm。

根據(jù)f＝πr²p，計(jì)算的擠壓力在5.0mn-7.6mn之間，選擇600噸的擠壓機(jī)。

對(duì)az31b坯料220℃預(yù)熱60min；二次加熱，加熱溫度為290℃，加熱時(shí)間40min。制備出外熱內(nèi)冷，溫差為70℃的擠壓坯料。

擠壓筒溫度290℃，模具溫度為220℃，擠壓速度為12m/min。

擠壓型材的力學(xué)性能為抗拉強(qiáng)度≥355mpa，屈服強(qiáng)度≥315mpa，延伸率＞24％。

以上所述僅為本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本申請(qǐng)，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本申請(qǐng)可以有各種更改和變化。凡在本申請(qǐng)的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍之內(nèi)。