一種調(diào)控鎂合金基面織構(gòu)的磁場(chǎng)下變形處理方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種調(diào)控鎂合金基面織構(gòu)的磁場(chǎng)下變形處理方法，其特征在于，對(duì)于固態(tài)鎂合金，在變形處理過(guò)程中，對(duì)鎂合金施加強(qiáng)磁場(chǎng)處理，通過(guò)控制磁場(chǎng)方向與變形延展方向，調(diào)控鎂合金基面織構(gòu)的強(qiáng)弱，實(shí)現(xiàn)材料組織與性能的再調(diào)控。磁場(chǎng)參數(shù)及變形過(guò)程的參數(shù)對(duì)磁場(chǎng)調(diào)控鎂合金基面織構(gòu)的效果也有重要影響。采用本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)是在鎂合金材料變形過(guò)程進(jìn)行調(diào)控，不需要增加額外的工序道次成本，特別是，本發(fā)明的過(guò)程中材料內(nèi)部的位錯(cuò)密度增加、晶粒細(xì)化，材料的綜合性能同步提高。
【專利說(shuō)明】
一種調(diào)控鏌合金基面織構(gòu)的磁場(chǎng)下變形處理方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于鎂合金材料變形加工技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種通過(guò)磁場(chǎng)下的變形處理 調(diào)控鎂合金基面織構(gòu)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鎂合金具有優(yōu)良的綜合性能，其密度較小，比強(qiáng)度、比剛度、彈性模量都較高，導(dǎo)熱 導(dǎo)電、阻尼減震以及電磁屏蔽等性能比較優(yōu)越，機(jī)加工性能優(yōu)良且零件尺寸穩(wěn)定性好，不會(huì) 對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染且易于回收等，逐漸成為工程結(jié)構(gòu)材料中最具應(yīng)用潛力的輕量化金屬。
[0003] 關(guān)于金屬結(jié)構(gòu)的研究表明，由于鎂合金的密排六方(HCP)晶體結(jié)構(gòu)，基面織構(gòu)對(duì)于 材料的性能起主導(dǎo)作用，包括材料的強(qiáng)度、硬度、變形性能等都與材料的織構(gòu)相關(guān)，因此，調(diào) 控材料的織構(gòu)成為調(diào)控材料性能的一種有效再加工方法。
[0004]課題組最新的研究表明，磁場(chǎng)是一種調(diào)控材料組織結(jié)構(gòu)的重要物理場(chǎng)，在材料制 備中將磁場(chǎng)與傳統(tǒng)生產(chǎn)方法相結(jié)合，可以制備新材料、開(kāi)發(fā)新方法從而得到性能更優(yōu)的產(chǎn) 品，具有廣泛的工業(yè)應(yīng)用前景，而目前還沒(méi)有通過(guò)磁場(chǎng)調(diào)控鎂合金晶體織構(gòu)方法的報(bào)道。
[0005] 因此，本項(xiàng)發(fā)明的目的是提出一種在鎂合金材料變形過(guò)程中，利用強(qiáng)磁場(chǎng)作用來(lái) 調(diào)控鎂合金基面織構(gòu)，對(duì)鎂合金基面織構(gòu)的弱化或強(qiáng)化，從而制備基面織構(gòu)可控的鎂合金， 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)材料性能的控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供一種調(diào)控鎂合金基面織構(gòu)的磁場(chǎng)下變形處理方法，解決目前因鎂合金 材料(0001)基面織構(gòu)不可控所導(dǎo)致的材料性能不可控、不穩(wěn)定的問(wèn)題;實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法 特征在于:在固態(tài)鎂合金的變形處理過(guò)程中，對(duì)鎂合金施加強(qiáng)磁場(chǎng)處理，通過(guò)控制磁場(chǎng)的磁 感應(yīng)強(qiáng)度方向、磁場(chǎng)參數(shù)及鎂合金的變形過(guò)程參數(shù)，調(diào)控鎂合金(0001)基面織構(gòu)，實(shí)現(xiàn)材料 組織與性能的再調(diào)控。
[0007] 具體方法特征為： 特征一:在固態(tài)鎂合金的變形處理過(guò)程中，對(duì)鎂合金施加強(qiáng)磁場(chǎng)處理，所述的強(qiáng)磁場(chǎng)的 磁感應(yīng)強(qiáng)度的范圍是3-5 T; 特征二：當(dāng)強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與鎂合金變形的延展方向平行時(shí)，鎂合金(0001) 基面織構(gòu)弱化；反之，當(dāng)強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與鎂合金變形的延展方向垂直，鎂合金 (0001)基面織構(gòu)強(qiáng)化； 特征三:磁場(chǎng)參數(shù)及變形過(guò)程的參數(shù)對(duì)磁場(chǎng)調(diào)控鎂合金基面織構(gòu)的效果也有重要影 響，鎂合金的變形加工溫度為370°0400°c，模具的溫度在280°0320°C范圍； 特征四：所使用的強(qiáng)磁場(chǎng)類型可以是直流穩(wěn)恒強(qiáng)磁場(chǎng)，也可以是脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)； 特征五:施加磁場(chǎng)的作用時(shí)間是在鎂合金的整個(gè)變形過(guò)程中全程施加，對(duì)于施加直流 穩(wěn)恒強(qiáng)磁場(chǎng)，應(yīng)當(dāng)在施加直流穩(wěn)恒強(qiáng)磁場(chǎng)l〇s后再開(kāi)始進(jìn)行變形處理;對(duì)于施加的磁場(chǎng)是脈 沖強(qiáng)磁場(chǎng)，應(yīng)當(dāng)在施加脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)的脈沖數(shù)達(dá)到5個(gè)后再開(kāi)始進(jìn)行變形處理，這樣有利于發(fā) 揮強(qiáng)磁場(chǎng)的作用效果。
[0008] 需要補(bǔ)充說(shuō)明的是:本發(fā)明是在現(xiàn)有的鎂合金變形加工過(guò)程中，對(duì)鎂合金施加強(qiáng) 磁場(chǎng)處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)鎂合金(0001)基面織構(gòu)進(jìn)行調(diào)控，課題組的研究表明，單一的變形處理過(guò) 程，鎂合金(0001)基面織構(gòu)不能實(shí)現(xiàn)弱化或強(qiáng)化的調(diào)控，其晶面取向是隨機(jī)的，而對(duì)于固態(tài) 鎂合金材料，單一的施加強(qiáng)磁場(chǎng)，也并不能有效改變鎂合金的內(nèi)部織構(gòu)，只有在鎂合金的變 形過(guò)程中，在亞晶形成及晶界變形調(diào)整過(guò)程中，輔以適當(dāng)?shù)臏囟茸饔孟?，磁?chǎng)才能對(duì)鎂合金 的織構(gòu)進(jìn)行有效調(diào)控。
[0009] 基于上述特征和過(guò)程原理，采用本發(fā)明的主要步驟為： 第一步:鎂合金及變形加工用的模具加熱到需要的溫度，鎂合金的變形加工溫度為370 °0400°C，模具的溫度在280°0320°C范圍。
[0010] 第二步:鎂合金出坯后進(jìn)入強(qiáng)磁場(chǎng)處理，如果采用的強(qiáng)磁場(chǎng)是直流穩(wěn)恒強(qiáng)磁場(chǎng)，應(yīng) 當(dāng)在施加強(qiáng)磁場(chǎng)10S后再開(kāi)始進(jìn)行變形處理;如果施加的強(qiáng)磁場(chǎng)是脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)，應(yīng)當(dāng)在施加 脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)的脈沖數(shù)達(dá)到5個(gè)后再開(kāi)始進(jìn)行變形處理。
[0011] 本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)： 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果： (1)傳統(tǒng)擠壓處理后，鎂合金內(nèi)部晶粒取向如圖1(a)所示，鎂合金(0001)基面平行于擠 壓方向，但其法向隨機(jī)分布；當(dāng)施加磁場(chǎng)方向與擠壓方向垂直時(shí)，此時(shí)由于鎂合金c軸磁化 率高于a軸，施加磁場(chǎng)時(shí)，鎂合金晶粒傾向于c軸平行于磁場(chǎng)方向偏轉(zhuǎn)如圖1(b)所示；因此強(qiáng) 磁場(chǎng)下變形處理后，鎂合金(0001)基面織構(gòu)強(qiáng)化，實(shí)現(xiàn)了晶粒的有序化。
[0012] (2)同樣的道理，當(dāng)施加磁場(chǎng)方向與變形延展方向平行時(shí)，如圖2所示，晶粒取向由 原來(lái)的基面取向轉(zhuǎn)變?yōu)榛嫒∠蚺c非基面取向共存，弱化原有的（0001)基面織構(gòu)，材料的 性能，包括各項(xiàng)異性會(huì)顯著變化。
[0013] (3)采用本發(fā)明，不需要增加額外的工序道次成本，特別是，本發(fā)明的過(guò)程中材料 內(nèi)部晶粒細(xì)化，材料的綜合性能同步提高;理論分析及實(shí)踐數(shù)據(jù)表明，采用本發(fā)明，在實(shí)現(xiàn) 鎂合金織構(gòu)變化的同時(shí)，由于晶粒旋轉(zhuǎn)、晶界增加等因素使得晶粒粒度減小約18.1%，晶粒 平均尺寸從5.41μπι細(xì)化到4.43μπι。
[0014]
【附圖說(shuō)明】： 圖1:施加磁場(chǎng)方向與變形延展方向垂直時(shí)，鎂合金(0001)基面織構(gòu)強(qiáng)化示意圖。其中 圖(a)是傳統(tǒng)無(wú)磁場(chǎng)下變形；（b)是采用本發(fā)明強(qiáng)化(0001)基面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖2:施加磁場(chǎng)方向與變形延展方向平行時(shí)，鎂合金(0001)基面織構(gòu)弱化示意圖。 其中圖(a)是傳統(tǒng)無(wú)磁場(chǎng)下變形；（b)是采用本發(fā)明弱化(0001)基面結(jié)構(gòu)示意圖。
[00?6]圖3:試樣的EBSD圖（a)無(wú)磁場(chǎng)下對(duì)比試樣；（b)實(shí)施例4試樣 【具體實(shí)施方式】： 實(shí)施例所用鎂合金為廣泛采用的工程用變形鎂合金AZ31鎂合金，其成分如表1所示。 [0017]表1 AZ31鎂合金的成分
實(shí)施例1 本實(shí)施過(guò)程： 第一步:鎂合金及變形加工用的模具加熱到需要的溫度，鎂合金的加熱溫度為390°C， 模具的溫度在300 °C。
[0018] 第二步：出還后進(jìn)入磁場(chǎng)處理，施加磁場(chǎng)方向與變形延展方向垂直，采用的磁場(chǎng)是 4T的直流穩(wěn)恒強(qiáng)磁場(chǎng)，在開(kāi)啟磁場(chǎng)穩(wěn)定后，坯料進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域，施加磁場(chǎng)10s后再開(kāi)始進(jìn)行 擠壓變形處理，獲得(0001)基面織構(gòu)強(qiáng)化的鎂合金材料。
[0019] 實(shí)施例2 本實(shí)施過(guò)程： 第一步:鎂合金及變形加工用的模具加熱到需要的溫度，鎂合金的加熱溫度為400°C， 模具的溫度在280 °C。
[0020] 第二步：出還后進(jìn)入磁場(chǎng)處理，施加磁場(chǎng)方向與變形延展方向垂直，采用的磁場(chǎng)是 5T的脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)，在開(kāi)啟磁場(chǎng)后，坯料進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域，施加脈沖磁場(chǎng)的脈沖數(shù)達(dá)到5個(gè)后再 開(kāi)始進(jìn)行變形處理，獲得(0001)基面織構(gòu)強(qiáng)化的鎂合金材料。
[0021]實(shí)施例1與實(shí)施例2的效果:取上述兩個(gè)實(shí)施例獲得的鎂合金材料，與相同條件下 不施加磁場(chǎng)時(shí)的試樣相比，通過(guò)XRD對(duì)擠壓后鎂合金材料進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)擠壓后(0001) 基面織構(gòu)明顯增強(qiáng)，（0001)基面織構(gòu)所占比例由36-38%增加至74-77%。
[0022] 實(shí)施例3 本實(shí)施過(guò)程： 第一步:鎂合金及變形加工用的模具加熱到需要的溫度，鎂合金的加熱溫度為370°C， 模具的溫度在320 °C。
[0023] 第二步：出坯后進(jìn)入磁場(chǎng)處理，施加磁場(chǎng)方向與變形延展方向平行，采用的磁場(chǎng)是 3T的直流穩(wěn)恒強(qiáng)磁場(chǎng)，在開(kāi)啟磁場(chǎng)穩(wěn)定后，坯料進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域，施加磁場(chǎng)10s后再開(kāi)始進(jìn)行 擠壓變形處理，獲得(0001)基面織構(gòu)弱化的鎂合金材料。
[0024] 實(shí)施例4 本實(shí)施過(guò)程： 第一步:鎂合金及變形加工用的模具加熱到需要的溫度，鎂合金的加熱溫度為380°C， 模具的溫度在310 °C。
[0025] 第二步：出坯后進(jìn)入磁場(chǎng)處理，施加磁場(chǎng)方向與變形延展方向平行，采用的磁場(chǎng)是 3T的脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)，在開(kāi)啟磁場(chǎng)后，坯料進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域，施加脈沖磁場(chǎng)的脈沖數(shù)達(dá)到5個(gè)后再 開(kāi)始進(jìn)行變形處理，獲得(0001)基面織構(gòu)弱化的鎂合金材料。
[0026] 實(shí)施例3與實(shí)施例4的效果:取上述兩個(gè)實(shí)施例獲得的鎂合金材料，與相同條件下 不施加磁場(chǎng)時(shí)的試樣相比，通過(guò)XRD對(duì)擠壓后鎂合金材料進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)擠壓后(0001) 基面織構(gòu)明顯弱化；以實(shí)施例4及其對(duì)比例的數(shù)據(jù)說(shuō)明：實(shí)施例4試樣的（0001)基面織構(gòu)最 大值為18.19,同樣條件下不施加磁場(chǎng)變形得到的對(duì)比例鎂合金試樣的（0001)基面織構(gòu)最 大強(qiáng)度為23.53，（0001)基面織構(gòu)降幅達(dá)到22.7%，（0001)基面織構(gòu)顯著弱化。
[0027] 除（0001)基面織構(gòu)改變以外，實(shí)施本發(fā)明，晶粒粒度會(huì)有顯著細(xì)化，圖3給出了實(shí) 施例4與相同條件下不施加磁場(chǎng)時(shí)獲得的材料的晶粒分析圖，晶粒平均尺寸從5.41μπι細(xì)化 到4.43μπι，減幅18.1%，這也說(shuō)明了采用本發(fā)明，晶粒發(fā)生明顯細(xì)化，有助于發(fā)揮細(xì)晶強(qiáng)化作 用，實(shí)現(xiàn)材料綜合性能的改善。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種調(diào)控鎂合金基面織構(gòu)的磁場(chǎng)下變形處理方法，其特征在于:在固態(tài)鎂合金的變 形處理過(guò)程中，對(duì)鎂合金施加強(qiáng)磁場(chǎng)處理，通過(guò)控制磁場(chǎng)參數(shù)及變形參數(shù)，調(diào)控鎂合金 (0001)基面織構(gòu)，實(shí)現(xiàn)材料組織與性能的再調(diào)控。2. 如權(quán)利要求1所述的一種調(diào)控鎂合金基面織構(gòu)的磁場(chǎng)下變形處理方法，其特征在于： 所述的強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度范圍為3-5T。3. 如權(quán)利要求1所述的一種調(diào)控鎂合金基面織構(gòu)的磁場(chǎng)下變形處理方法，其特征在于： 所述的強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與鎂合金變形的延展方向平行，鎂合金(0001)基面織構(gòu)弱 化。4. 如權(quán)利要求1所述的一種調(diào)控鎂合金基面織構(gòu)的磁場(chǎng)下變形處理方法，其特征在于： 所述的強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與鎂合金變形的延展方向垂直，鎂合金(0001)基面織構(gòu)強(qiáng) 化。5. 如權(quán)利要求1所述的一種調(diào)控鎂合金基面織構(gòu)的磁場(chǎng)下變形處理方法，其特征在于： 鎂合金的變形加工溫度為370°0400°C，模具的溫度在280°0320°C范圍。6. 如權(quán)利要求1所述的一種調(diào)控鎂合金基面織構(gòu)的磁場(chǎng)下變形處理方法，其特征在于： 所述的強(qiáng)磁場(chǎng)類型可以是直流穩(wěn)恒強(qiáng)磁場(chǎng)，也可以是脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)，施加磁場(chǎng)的作用時(shí)間是 在鎂合金的整個(gè)變形過(guò)程中全程施加;對(duì)于施加直流穩(wěn)恒強(qiáng)磁場(chǎng)，應(yīng)當(dāng)在施加直流穩(wěn)恒強(qiáng) 磁場(chǎng)l〇s后再開(kāi)始進(jìn)行變形處理;對(duì)于施加的磁場(chǎng)是脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)，應(yīng)當(dāng)在施加脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)的 脈沖數(shù)達(dá)到5個(gè)后再開(kāi)始進(jìn)行變形處理。
【文檔編號(hào)】C22F3/02GK105970136SQ201610499570
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年6月30日
【發(fā)明人】王宏明, 朱弋, 馬鳴遠(yuǎn), 李桂榮
【申請(qǐng)人】江蘇大學(xué)