專利名稱：一種細(xì)晶鎂合金的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬材料，尤其涉及鎂合金材料，具體涉及一種細(xì)晶鎂合金的制備方法。
背景技術(shù)：
鎂合金具有比重輕、比強(qiáng)度高、耐沖擊性能和抗震性能良好、電磁屏蔽性能和切削加工性能優(yōu)良等特點(diǎn)，被譽(yù)為21世紀(jì)可綠色回收且不污染環(huán)境的清潔材料，有望在航空航天、武器裝備、汽車、軌道列車、3C產(chǎn)品等領(lǐng)域，獲得日益廣泛的應(yīng)用。鎂合金屬于密排六方晶體結(jié)構(gòu)，因而塑性成形性差、難以進(jìn)行塑性加工，其應(yīng)用范圍受到了一定程度的限制，致使鎂合金達(dá)不到鋁合金應(yīng)用的普及水平。目前，鎂合金的應(yīng)用主要是作為壓鑄件，但其應(yīng)用面臨著兩大難題一是由于受到壓鑄機(jī)噸位和金屬流動性的限制，對于大型復(fù)雜的構(gòu)件還難于壓鑄成型；二是壓鑄件的強(qiáng)度、疲勞性能和斷裂韌性等相對偏低，不能充分發(fā)揮鎂合金的優(yōu)勢，難于滿足航空航天、武器裝備、軌道機(jī)車等對高性能構(gòu)件的需求。因此，提高鎂合金材料的塑性、強(qiáng)度已成為科技工作者研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。世界各國的科技工作者都致力于改善或提高鎂合金塑性成形性的方法，根據(jù)經(jīng)典的Hall-Petch理論可知，只有使鎂合金晶粒細(xì)化到10 μ m以下時(shí)，才有可能大幅提高鎂合金的塑性和強(qiáng)度，這樣的鎂合金材料才有利于后續(xù)的冷成形或等溫成形，能夠塑性成形出不同規(guī)格、形狀的零件。鎂合金常規(guī)塑性加工方法主要是等溫?cái)D壓、軋制、沖壓等，是將鎂合金坯料加熱到 300°C 450°C條件下，放到模具中進(jìn)行擠壓或軋制，然而因其坯料心部溫度明顯高于坯料表面溫度，同時(shí)坯料與模具/軋輥之間有摩擦力，易造成顯著的塑性變形不均勻，晶粒細(xì)化效果不顯著；如果坯料和模具溫度均較低，則很容易導(dǎo)致鎂合金擠壓或軋制開裂。目前國內(nèi)外鎂合金晶粒細(xì)化的新工藝方法主要有快速凝固粉末包套擠壓或熱軋、機(jī)械合金化粉末包套擠壓或熱軋、等通道角式擠壓(ECAE)等方法，這些方法均可以使鎂合金晶粒細(xì)化到亞微米數(shù)量級，但是工藝過程與模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難于控制，成本相對較高，還不能滿足工程化應(yīng)用批量生產(chǎn)的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種細(xì)晶鎂合金的制備方法，該方法適宜于改善或提高鎂合金的強(qiáng)度、韌性、塑性成形性能。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
一種細(xì)晶鎂合金的制備方法，其特征在于模具預(yù)熱溫度為350士5°C;鎂合金坯料至少進(jìn)行5道次擠壓變形，在進(jìn)行擠壓過程中，鎂合金坯料的預(yù)熱溫度為250 士 5°C 380 士 5°C， 擠壓速率為2mm/s 15mm/s，且每次擠壓方向不同，鎂合金坯料的預(yù)熱溫度由高到低，擠壓速率由大到小。上述制備方法中，進(jìn)行到第5道次擠壓變形時(shí)，鎂合金坯料的預(yù)熱溫度為280士5°C，擠壓速率為4mm/s，此時(shí)鎂合金的晶粒尺寸細(xì)化到10 μ m以下，大部分晶粒尺寸達(dá)到5 μ m，延伸率為20%左右，此后隨著擠壓道次增加，鎂合金材料的晶粒尺寸、室溫抗拉強(qiáng)度與延伸率等基本不發(fā)生變化。上述制備方法中，共進(jìn)行了 6道次擠壓變形，不同道次鎂合金擠壓時(shí)鎂合金坯料預(yù)熱溫度、擠壓速率發(fā)生變化，即為多道次多向變溫?cái)D壓技術(shù)，鎂合金坯料的預(yù)熱溫度依次為 380士5°C、350士5°〇、325士5°〇、300士51、280士51、250士51，該方法減少了擠壓過程中高溫導(dǎo)致動態(tài)再結(jié)晶晶粒的完全長大、混晶等現(xiàn)象發(fā)生。因此，采用多道次多向變溫?cái)D壓所制得的鎂合金的晶粒得到顯著細(xì)化，晶粒尺寸均勻。上述制備方法中，共進(jìn)行了 6道次擠壓變形，其擠壓速率依次為15mm/s、10mm/s、 8mm/s、6mm/s、4mm/s、2mm/s0上述制備方法中，模具的內(nèi)表面和鎂合金坯料表面涂有油基/水基石墨潤滑劑， 以降低擠壓過程中鎂合金坯料與模具之間的摩擦力，提高鎂合金坯料變形的均勻性，并有效減少鎂合金表面的加熱氧化程度。本發(fā)明具有以下有益效果
本發(fā)明提供一種制備鎂合金晶粒尺寸在IOym以下的方法，并提高了鎂合金的塑性與強(qiáng)度，解決了因常規(guī)加工制備方法而導(dǎo)致的鎂合金塑性差、變形不均勻、晶粒細(xì)化效果不顯著、易開裂等技術(shù)難題。與傳統(tǒng)鎂合金等溫?cái)D壓方法不同，本發(fā)明采用多道次多向變溫?cái)D壓技術(shù)，隨擠壓道次的增加，鎂合金坯料溫度和擠壓速率逐漸降低，并在鎂合金的不同方向上施加擠壓變形力，改善了鎂合金變形不均勻性，且消除擠壓過程中熱能導(dǎo)致動態(tài)再結(jié)晶晶粒的完全長大、混晶等現(xiàn)象發(fā)生。因此，擠壓變形后鎂合金的晶粒得到顯著細(xì)化，晶粒尺寸均勻。所制備的鎂合金強(qiáng)度與塑性明顯提高，室溫延伸率可達(dá)到20%，比傳統(tǒng)等溫?cái)D壓方法制備的鎂合金延伸率1 有較大提高，提高幅度達(dá)60%，為后續(xù)鎂合金的塑性成形創(chuàng)造良好的基體條件。本發(fā)明不僅適用于鎂合金，還可應(yīng)用于高強(qiáng)鋁合金、鈦合金等難變形材料，并且本發(fā)明方法具有工藝簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，對難變形材料的塑性成形意義重大。具體以AZ 系列(AD1、AZ61、AZ91)鑄造鎂合金為例，按照本發(fā)明方法，鎂合金在擠壓到第五道次時(shí)，其平均晶粒尺寸可細(xì)化到10 μ m以下，室溫抗拉強(qiáng)度在270MPa 330MPa之間，室溫延伸率達(dá)到20%，具有明顯細(xì)化鎂合金材料晶粒尺寸，提高合金的室溫抗拉強(qiáng)度、斷后延伸率等性能指標(biāo)。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中鎂合金的晶粒尺寸隨著擠壓道次增加的變化示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例1中鎂合金的抗拉強(qiáng)度隨著擠壓道次增加的變化示意圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例1中鎂合金的延伸率隨著擠壓道次增加的變化示意圖。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行具體的描述，有必要在此指出的是以下實(shí)施例只用于對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)上述本發(fā)明內(nèi)容對本發(fā)明作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。實(shí)施例1一種細(xì)晶鎂合金的制備方法，該方法中采用的鎂合金坯料為AZ61鑄造鎂合金，采用常規(guī)的凸模和凹模組合的長方體結(jié)構(gòu)的模具進(jìn)行擠壓，模具的預(yù)熱溫度為345°C，并在模具的內(nèi)表面和鎂合金坯料表面涂有油基石墨潤滑劑；鎂合金坯料共進(jìn)行6道次擠壓變形第一道次鎂合金坯料溫度為380士5°C，擠壓速率為15mm/s，沿Z軸方向(三維空間坐標(biāo)，下同)；第二道次鎂合金坯料溫度為350士5°C，擠壓速率為lOmm/s，沿Y軸方向；第三道次鎂合金坯料溫度為325士5°C，擠壓速率為8mm/s，沿X軸方向；第四道次鎂合金坯料溫度為 300士5°C，擠壓速率為6mm/s，沿-Z軸方向；第五道次鎂合金坯料溫度為280士5°C，擠壓速率為4mm/s，沿-Y軸方向；第六道次鎂合金坯料溫度為250士5°C，擠壓的速率為2mm/s， 沿-X軸方向。通過對實(shí)施例1中制備的鎂合金材料晶粒尺寸、抗拉強(qiáng)度、延伸率進(jìn)行研究分析， 測試結(jié)果如說明書附圖1-3所示。從圖中可以得出，經(jīng)過本方法獲得的鎂合金材料晶粒尺寸得到顯著細(xì)化，抗拉強(qiáng)度和延伸率得到明顯提高。實(shí)施例2
一種細(xì)晶鎂合金的制備方法，該方法中采用的鎂合金坯料為AZ91鑄造鎂合金，采用常規(guī)的凸模和凹模結(jié)構(gòu)組合的長方體結(jié)構(gòu)的模具進(jìn)行擠壓，模具的預(yù)熱溫度為355°C ；鎂合金坯料共進(jìn)行6道次擠壓變形第一道次鎂合金坯料溫度為380士5°C，擠壓速率為14mm/s，沿 X軸方向(三維空間坐標(biāo)，下同)；第二道次鎂合金坯料溫度為350士5°C，擠壓速率為9mm/s， 沿Z軸方向；第三道次鎂合金坯料溫度為325士5°C，擠壓速率為7mm/s，沿Y軸方向；第四道次鎂合金坯料溫度為300 士 5°C，擠壓速率為5mm/s，沿-Z軸方向；第五道次鎂合金坯料溫度為280 士 5°C，擠壓速率為3. 5mm/s，沿-X軸方向；第六道次鎂合金坯料溫度為250 士 5°C，擠壓速率為2mm/s，沿-Y軸方向。通過對實(shí)施例2中制備的鎂合金晶粒尺寸、抗拉強(qiáng)度、延伸率進(jìn)行研究分析表明， 其平均晶粒尺寸細(xì)化到7 μ m,室溫抗拉強(qiáng)度達(dá)到330MPa，斷后延伸率為19% 22%，軋制后的鎂合金材料晶粒尺寸明顯細(xì)化，鎂合金的強(qiáng)度和塑性得到明顯提高。實(shí)施例3
一種細(xì)晶鎂合金的制備方法，該方法中采用的鎂合金坯料為AZ31鑄造鎂合金，采用常規(guī)的凸模和凹模結(jié)構(gòu)組合的長方體結(jié)構(gòu)的模具進(jìn)行擠壓，模具的預(yù)熱溫度為350°C，并在模具的內(nèi)表面和鎂合金坯料表面涂有水基石墨潤滑劑；鎂合金坯料共進(jìn)行6道次擠壓變形 第一道次鎂合金坯料溫度為375士5°C，擠壓速率為15mm/s，沿X軸方向(三維空間坐標(biāo)，下同)；第二道次鎂合金坯料溫度為345士5°C，擠壓速率為lOmm/s，沿Y軸方向；第三道次鎂合金坯料溫度為320士5°C，擠壓速率為8mm/s，沿Z軸方向；第四道次鎂合金坯料溫度為 295士5°C，擠壓速率為6mm/s，沿-X軸方向；第五道次鎂合金坯料溫度為275士5°C，擠壓速率為4mm/s，沿-Y軸方向；第六道次鎂合金坯料溫度為255士5°C，擠壓速率為2mm/s，沿-Z 軸方向。通過對實(shí)施例3中制備的鎂合金晶粒尺寸、抗拉強(qiáng)度、延伸率進(jìn)行研究分析表明， 其平均晶粒尺寸細(xì)化到6 μ m，室溫抗拉強(qiáng)度達(dá)到270MPa，斷后延伸率為22% 26%，擠壓后的鎂合金材料晶粒尺寸明顯細(xì)化，鎂合金的強(qiáng)度和塑性得到明顯提高。
權(quán)利要求
1. 一種細(xì)晶鎂合金的制備方法，其特征在于模具預(yù)熱溫度為350士5°C ；鎂合金坯料至少進(jìn)行5道次擠壓變形，鎂合金坯料的預(yù)熱溫度為250士5°C 380士5°C，擠壓速率為 2mm/s 15mm/s，且每次擠壓方向不同，鎂合金坯料的預(yù)熱溫度由高到低，擠壓速率由大到
2.如權(quán)利要求1所述的細(xì)晶鎂合金的制備方法，其特征在于所述制備方法中，進(jìn)行到第5道次擠壓時(shí)，鎂合金坯料的預(yù)熱溫度為280士5°C，擠壓速率為4mm/s。
3.如權(quán)利要求1或2所述的細(xì)晶鎂合金的制備方法，其特征在于所述制備方法中， 共進(jìn)行6道次擠壓變形，鎂合金坯料的預(yù)熱溫度依次為380士5°C、350士5°C、325士5°C、 300 士 5°C、280 士 5°C、250 士 5°C。
4.如權(quán)利要求1或2所述的細(xì)晶鎂合金的制備方法，其特征在于所述制備方法中，共進(jìn)行6道次擠壓變形，其擠壓速率依次為15mm/s、10mm/s、8mm/s、6mm/s、4mm/s、2mm/s。
5.如權(quán)利要求3所述的細(xì)晶鎂合金的制備方法，其特征在于所述制備方法中，共進(jìn)行 6道次擠壓變形，其擠壓速率依次為15mm/s、10mm/s、8mm/s、6mm/s、4mm/s、2mm/s。
6.如權(quán)利要求1或2所述的細(xì)晶鎂合金的制備方法，其特征在于所述制備方法中，模具的內(nèi)表面和鎂合金坯料表面涂有油基或水基石墨潤滑劑。
7.如權(quán)利要求3所述的細(xì)晶鎂合金的制備方法，其特征在于所述制備方法中，模具的內(nèi)表面和鎂合金坯料表面涂有油基或水基石墨潤滑劑。
8.如權(quán)利要求4所述的細(xì)晶鎂合金的制備方法，其特征在于所述制備方法中，模具的內(nèi)表面和鎂合金坯料表面涂有油基或水基石墨潤滑劑。
9.如權(quán)利要求5所述的細(xì)晶鎂合金的制備方法，其特征在于所述制備方法中，模具的內(nèi)表面和鎂合金坯料表面涂有油基或水基石墨潤滑劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種細(xì)晶鎂合金的制備方法，該方法中模具的預(yù)熱溫度為350±5℃；鎂合金坯料至少進(jìn)行5道次擠壓變形，鎂合金坯料的預(yù)熱溫度為250±5℃～380±5℃，擠壓速率為2mm/s～15mm/s，且每次擠壓方向各異，鎂合金坯料的預(yù)熱溫度由高到低，擠壓速率由大到小。本發(fā)明采用多道次多向變溫?cái)D壓技術(shù)，即隨擠壓道次的增加，鎂合金坯料溫度、擠壓速率逐漸降低，并在鎂合金的不同方向施加力進(jìn)行擠壓變形，改善了常規(guī)等溫?cái)D壓變形鎂合金組織變形不均勻性，且防止了擠壓過程中高溫導(dǎo)致動態(tài)再結(jié)晶晶粒的完全長大、混晶。因此，采用多道次多向變溫?cái)D壓變形后的鎂合金的晶粒得到顯著細(xì)化，晶粒尺寸均勻。
文檔編號C22F1/06GK102304685SQ20111030882
公開日2012年1月4日 申請日期2011年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月13日
發(fā)明者康鳳, 王艷彬, 舒大禹, 趙祖德, 陳嫚麗, 陳強(qiáng) 申請人:中國兵器工業(yè)第五九研究所