专利名称：一种细晶镁合金的制备方法
技术领域：
本发明涉及金属材料，尤其涉及镁合金材料，具体涉及一种细晶镁合金的制备方法。
背景技术：
镁合金具有比重轻、比强度高、耐冲击性能和抗震性能良好、电磁屏蔽性能和切削加工性能优良等特点，被誉为21世纪可绿色回收且不污染环境的清洁材料，有望在航空航天、武器装备、汽车、轨道列车、3C产品等领域，获得日益广泛的应用。镁合金属于密排六方晶体结构，因而塑性成形性差、难以进行塑性加工，其应用范围受到了一定程度的限制，致使镁合金达不到铝合金应用的普及水平。目前，镁合金的应用主要是作为压铸件，但其应用面临着两大难题一是由于受到压铸机吨位和金属流动性的限制，对于大型复杂的构件还难于压铸成型；二是压铸件的强度、疲劳性能和断裂韧性等相对偏低，不能充分发挥镁合金的优势，难于满足航空航天、武器装备、轨道机车等对高性能构件的需求。因此，提高镁合金材料的塑性、强度已成为科技工作者研究的热点和重点。世界各国的科技工作者都致力于改善或提高镁合金塑性成形性的方法，根据经典的Hall-Petch理论可知，只有使镁合金晶粒细化到10 μ m以下时，才有可能大幅提高镁合金的塑性和强度，这样的镁合金材料才有利于后续的冷成形或等温成形，能够塑性成形出不同规格、形状的零件。镁合金常规塑性加工方法主要是等温挤压、轧制、冲压等，是将镁合金坯料加热到 300°C 450°C条件下，放到模具中进行挤压或轧制，然而因其坯料心部温度明显高于坯料表面温度，同时坯料与模具/轧辊之间有摩擦力，易造成显著的塑性变形不均勻，晶粒细化效果不显著；如果坯料和模具温度均较低，则很容易导致镁合金挤压或轧制开裂。目前国内外镁合金晶粒细化的新工艺方法主要有快速凝固粉末包套挤压或热轧、机械合金化粉末包套挤压或热轧、等通道角式挤压(ECAE)等方法，这些方法均可以使镁合金晶粒细化到亚微米数量级，但是工艺过程与模具结构复杂，难于控制，成本相对较高，还不能满足工程化应用批量生产的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种细晶镁合金的制备方法，该方法适宜于改善或提高镁合金的强度、韧性、塑性成形性能。本发明的目的是这样实现的
一种细晶镁合金的制备方法，其特征在于模具预热温度为350士5°C;镁合金坯料至少进行5道次挤压变形，在进行挤压过程中，镁合金坯料的预热温度为250 士 5°C 380 士 5°C， 挤压速率为2mm/s 15mm/s，且每次挤压方向不同，镁合金坯料的预热温度由高到低，挤压速率由大到小。上述制备方法中，进行到第5道次挤压变形时，镁合金坯料的预热温度为280士5°C，挤压速率为4mm/s，此时镁合金的晶粒尺寸细化到10 μ m以下，大部分晶粒尺寸达到5 μ m，延伸率为20%左右，此后随着挤压道次增加，镁合金材料的晶粒尺寸、室温抗拉强度与延伸率等基本不发生变化。上述制备方法中，共进行了 6道次挤压变形，不同道次镁合金挤压时镁合金坯料预热温度、挤压速率发生变化，即为多道次多向变温挤压技术，镁合金坯料的预热温度依次为 380士5°C、350士5°〇、325士5°〇、300士51、280士51、250士51，该方法减少了挤压过程中高温导致动态再结晶晶粒的完全长大、混晶等现象发生。因此，采用多道次多向变温挤压所制得的镁合金的晶粒得到显著细化，晶粒尺寸均勻。上述制备方法中，共进行了 6道次挤压变形，其挤压速率依次为15mm/s、10mm/s、 8mm/s、6mm/s、4mm/s、2mm/s0上述制备方法中，模具的内表面和镁合金坯料表面涂有油基/水基石墨润滑剂， 以降低挤压过程中镁合金坯料与模具之间的摩擦力，提高镁合金坯料变形的均勻性，并有效减少镁合金表面的加热氧化程度。本发明具有以下有益效果
本发明提供一种制备镁合金晶粒尺寸在IOym以下的方法，并提高了镁合金的塑性与强度，解决了因常规加工制备方法而导致的镁合金塑性差、变形不均勻、晶粒细化效果不显著、易开裂等技术难题。与传统镁合金等温挤压方法不同，本发明采用多道次多向变温挤压技术，随挤压道次的增加，镁合金坯料温度和挤压速率逐渐降低，并在镁合金的不同方向上施加挤压变形力，改善了镁合金变形不均勻性，且消除挤压过程中热能导致动态再结晶晶粒的完全长大、混晶等现象发生。因此，挤压变形后镁合金的晶粒得到显著细化，晶粒尺寸均勻。所制备的镁合金强度与塑性明显提高，室温延伸率可达到20%，比传统等温挤压方法制备的镁合金延伸率1 有较大提高，提高幅度达60%，为后续镁合金的塑性成形创造良好的基体条件。本发明不仅适用于镁合金，还可应用于高强铝合金、钛合金等难变形材料，并且本发明方法具有工艺简单、成本低等优点，对难变形材料的塑性成形意义重大。具体以AZ 系列(AD1、AZ61、AZ91)铸造镁合金为例，按照本发明方法，镁合金在挤压到第五道次时，其平均晶粒尺寸可细化到10 μ m以下，室温抗拉强度在270MPa 330MPa之间，室温延伸率达到20%，具有明显细化镁合金材料晶粒尺寸，提高合金的室温抗拉强度、断后延伸率等性能指标。
图1是本发明实施例1中镁合金的晶粒尺寸随着挤压道次增加的变化示意图。图2是本发明实施例1中镁合金的抗拉强度随着挤压道次增加的变化示意图。图3是本发明实施例1中镁合金的延伸率随着挤压道次增加的变化示意图。
具体实施例方式下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述本发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。实施例1一种细晶镁合金的制备方法，该方法中采用的镁合金坯料为AZ61铸造镁合金，采用常规的凸模和凹模组合的长方体结构的模具进行挤压，模具的预热温度为345°C，并在模具的内表面和镁合金坯料表面涂有油基石墨润滑剂；镁合金坯料共进行6道次挤压变形第一道次镁合金坯料温度为380士5°C，挤压速率为15mm/s，沿Z轴方向(三维空间坐标，下同)；第二道次镁合金坯料温度为350士5°C，挤压速率为lOmm/s，沿Y轴方向；第三道次镁合金坯料温度为325士5°C，挤压速率为8mm/s，沿X轴方向；第四道次镁合金坯料温度为 300士5°C，挤压速率为6mm/s，沿-Z轴方向；第五道次镁合金坯料温度为280士5°C，挤压速率为4mm/s，沿-Y轴方向；第六道次镁合金坯料温度为250士5°C，挤压的速率为2mm/s， 沿-X轴方向。通过对实施例1中制备的镁合金材料晶粒尺寸、抗拉强度、延伸率进行研究分析， 测试结果如说明书附图1-3所示。从图中可以得出，经过本方法获得的镁合金材料晶粒尺寸得到显著细化，抗拉强度和延伸率得到明显提高。实施例2
一种细晶镁合金的制备方法，该方法中采用的镁合金坯料为AZ91铸造镁合金，采用常规的凸模和凹模结构组合的长方体结构的模具进行挤压，模具的预热温度为355°C ；镁合金坯料共进行6道次挤压变形第一道次镁合金坯料温度为380士5°C，挤压速率为14mm/s，沿 X轴方向(三维空间坐标，下同)；第二道次镁合金坯料温度为350士5°C，挤压速率为9mm/s， 沿Z轴方向；第三道次镁合金坯料温度为325士5°C，挤压速率为7mm/s，沿Y轴方向；第四道次镁合金坯料温度为300 士 5°C，挤压速率为5mm/s，沿-Z轴方向；第五道次镁合金坯料温度为280 士 5°C，挤压速率为3. 5mm/s，沿-X轴方向；第六道次镁合金坯料温度为250 士 5°C，挤压速率为2mm/s，沿-Y轴方向。通过对实施例2中制备的镁合金晶粒尺寸、抗拉强度、延伸率进行研究分析表明， 其平均晶粒尺寸细化到7 μ m,室温抗拉强度达到330MPa，断后延伸率为19% 22%，轧制后的镁合金材料晶粒尺寸明显细化，镁合金的强度和塑性得到明显提高。实施例3
一种细晶镁合金的制备方法，该方法中采用的镁合金坯料为AZ31铸造镁合金，采用常规的凸模和凹模结构组合的长方体结构的模具进行挤压，模具的预热温度为350°C，并在模具的内表面和镁合金坯料表面涂有水基石墨润滑剂；镁合金坯料共进行6道次挤压变形 第一道次镁合金坯料温度为375士5°C，挤压速率为15mm/s，沿X轴方向(三维空间坐标，下同)；第二道次镁合金坯料温度为345士5°C，挤压速率为lOmm/s，沿Y轴方向；第三道次镁合金坯料温度为320士5°C，挤压速率为8mm/s，沿Z轴方向；第四道次镁合金坯料温度为 295士5°C，挤压速率为6mm/s，沿-X轴方向；第五道次镁合金坯料温度为275士5°C，挤压速率为4mm/s，沿-Y轴方向；第六道次镁合金坯料温度为255士5°C，挤压速率为2mm/s，沿-Z 轴方向。通过对实施例3中制备的镁合金晶粒尺寸、抗拉强度、延伸率进行研究分析表明， 其平均晶粒尺寸细化到6 μ m，室温抗拉强度达到270MPa，断后延伸率为22% 26%，挤压后的镁合金材料晶粒尺寸明显细化，镁合金的强度和塑性得到明显提高。
权利要求
1. 一种细晶镁合金的制备方法，其特征在于模具预热温度为350士5°C ；镁合金坯料至少进行5道次挤压变形，镁合金坯料的预热温度为250士5°C 380士5°C，挤压速率为 2mm/s 15mm/s，且每次挤压方向不同，镁合金坯料的预热温度由高到低，挤压速率由大到
2.如权利要求1所述的细晶镁合金的制备方法，其特征在于所述制备方法中，进行到第5道次挤压时，镁合金坯料的预热温度为280士5°C，挤压速率为4mm/s。
3.如权利要求1或2所述的细晶镁合金的制备方法，其特征在于所述制备方法中， 共进行6道次挤压变形，镁合金坯料的预热温度依次为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.如权利要求1或2所述的细晶镁合金的制备方法，其特征在于所述制备方法中，共进行6道次挤压变形，其挤压速率依次为15mm/s、10mm/s、8mm/s、6mm/s、4mm/s、2mm/s。
5.如权利要求3所述的细晶镁合金的制备方法，其特征在于所述制备方法中，共进行 6道次挤压变形，其挤压速率依次为15mm/s、10mm/s、8mm/s、6mm/s、4mm/s、2mm/s。
6.如权利要求1或2所述的细晶镁合金的制备方法，其特征在于所述制备方法中，模具的内表面和镁合金坯料表面涂有油基或水基石墨润滑剂。
7.如权利要求3所述的细晶镁合金的制备方法，其特征在于所述制备方法中，模具的内表面和镁合金坯料表面涂有油基或水基石墨润滑剂。
8.如权利要求4所述的细晶镁合金的制备方法，其特征在于所述制备方法中，模具的内表面和镁合金坯料表面涂有油基或水基石墨润滑剂。
9.如权利要求5所述的细晶镁合金的制备方法，其特征在于所述制备方法中，模具的内表面和镁合金坯料表面涂有油基或水基石墨润滑剂。
全文摘要
本发明涉及一种细晶镁合金的制备方法，该方法中模具的预热温度为350±5℃；镁合金坯料至少进行5道次挤压变形，镁合金坯料的预热温度为250±5℃～380±5℃，挤压速率为2mm/s～15mm/s，且每次挤压方向各异，镁合金坯料的预热温度由高到低，挤压速率由大到小。本发明采用多道次多向变温挤压技术，即随挤压道次的增加，镁合金坯料温度、挤压速率逐渐降低，并在镁合金的不同方向施加力进行挤压变形，改善了常规等温挤压变形镁合金组织变形不均匀性，且防止了挤压过程中高温导致动态再结晶晶粒的完全长大、混晶。因此，采用多道次多向变温挤压变形后的镁合金的晶粒得到显著细化，晶粒尺寸均匀。
文档编号C22F1/06GK102304685SQ20111030882
公开日2012年1月4日 申请日期2011年10月13日 优先权日2011年10月13日
发明者康凤, 王艳彬, 舒大禹, 赵祖德, 陈嫚丽, 陈强 申请人:中国兵器工业第五九研究所