一种双相组织的高性能镁合金板材制备方法
【专利摘要】本发明属于有色金属镁合金制备及加工【技术领域】，具体为一种双相组织的高性能镁合金板材制备方法。本发明采用喷射沉积或快流制粉或粉末冶金方法制备出双相组织微观结构镁合金的原始合金坯，双相组织微观结构镁合金的原始合金坯通过挤压、锻造、轧制、冲压“预变形”形成具有“双相织构”的预变形坯，预变形坯经热轧制或冷轧制制成成品。本发明的镁合金具有“双相组织”（由细小α-Mg基体相与稳定细小第二相粒子所组成）和“双相织构”特点，进而可以得到综合性能良好的镁合金板材。
【专利说明】一种双相组织的高性能镁合金板材制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于有色金属镁合金制备及加工【技术领域】，具体为一种双相组织的高性能镁合金板材制备方法。
【背景技术】
[0002]镁合金具有密度小、比强度高、电磁屏蔽效果佳、阻尼减震性能好、易回收等优点，在汽车、军事、航空航天等方面有广泛的应用前景。
[0003]由于镁合金的晶体结构为密排六方结构，低温变形时变形仅限于{0001} <1120>基面滑移和彳10丨2丨<1011>:拉伸孪晶，变形过程中容易出现强烈的基面织构，因此导致普通
铸造镁合金的塑性与力学性能较差。例如，Mg-Al-Zn系变形镁合金多用传统铸造方法生产，基体晶粒尺寸粗大(30~100 iim)，该工艺下的镁合金中不但其第二相粒子尺寸较大而且沿晶界还会分布大量高温稳定性差的Mg17Al12等脆性相。这些第二相粒子在热加工或热变形过程中能够重新溶入基体中导 致合金力学性能不稳定，如果在低温变形时则容易造成镁合金的脆性开裂。
[0004]轧制工艺是生产镁合金板材的重要工艺方式。通常，压铸工艺中由于受到镁合金流动性的限制难以制备出尺寸较大的薄壁产品，如汽车面板等，而通过轧制的方法则可弥补压铸工艺中不能获得多种性能优异变形镁合金板材的缺点，但轧制过程中由于镁合金变形困难、道次压下量小(通常在10%左右)，故对轧制温度的依赖性强，它需要在250~400°C范围内进行轧制才相对容易，这就使得镁合金板材的生产流程长、成材率低，从而限制了镁合金的应用与发展。
[0005]目前，充分利用与发挥镁合金中第二相组织稳定性高的特点，通过控制镁合金中第二相粒子的尺寸、种类及形貌，首先形成具有“双相组织”的镁合金原始坯料，进而合理控制它们在轧制变形中的织构变化来生产出具有“双相织构”微观结构的高性能镁合金板材的制备方法，尚未见有公开提出。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种双相组织的高性能镁合金板材制备方法，该方法解决了镁合金在轧制工艺变形条件下的高温力学性能及稳定性较差、板材成材率低、轧制工艺流程长等问题。
[0007]技术解决方案:
[0008]一种双相组织的高性能镁合金板材，以Mg为基体，再添加合金元素、微量合金元素，其质量百分比为，Al质量分数为0-13%，Zn质量分数为0-6%，Ca质量分数为0_8%，Mn质量分数为0-2%，Zr质量分数为0-6%，Li质量分数为0_15%，RE质量分数为0_6%，其余为杂质。
[0009]一种双相组织的高性能镁合金板材制备方法，镁合金成分的质量百分比为，Al质量分数为0-13%，Zn质量分数为0-6%，Ca质量分数为0_8%，Mn质量分数为0_2%，Zr质量分数为0-6%，Li质量分数为0-15%，RE质量分数为0-6%，其余为杂质；将上述物料采用喷射沉积或快流制粉或粉末冶金方法制备出“双相组织”微观结构镁合金的原始合金坯，“双相组织”微观结构镁合金的原始合金坯通过挤压、锻造、轧制、冲压“预变形”形成具有“双相织构”的预变形坯，预变形坯经热轧制或冷轧制制成成品。
[0010]进一步:镁合金双相组织微观结构包括:小于20 i! m的a -Mg基体相，还包括第二相粒子，该第二相粒子平均尺寸在0.2~5 U m之间，形貌为圆球状且弥散分布于基体相中。
[0011]进一步:第二相粒子包括Al-Ca相，Mg-Ca相，Al-Re相，不含有Mg17Al12相。
[0012]进一步:其预变形过程中所形成的“双相织构”包括a -Mg基体所形成的“单向织构”和平均直径为0.2~5 的圆球状“第二相粒子织构”。
[0013]进一步:热轧制之前对预变形坯要进行热处理，温度为250~400°C之间，保温时间30~60min ;热轧制条件:轧辊预热至200~250°C，轧制温度范围为250~400°C，道次变形量在5~15%之间，总变形量为30~60%。
[0014]本发明的优点如下:
[0015]1.本发明设计了一种双相组织微观结构的高性能镁合金板材制备方法，该方法可以通过喷射沉积、快流质粉及粉末冶金的技术进行制坯，通过调控加入镁合金中的合金成分，使原始合金坯中基体相的尺寸能细化到小于20 u m,并且基体中得到的第二相粒子尺寸在0.2~5 之间、形貌为“圆球状”且弥散分布在基体相中，该类细小的第二相粒子高温稳定性强、无Mg17Al12等“随温度升高而重溶”的不稳定相的存在，主要类型是形成了 Al-Ca、Mg-Ca、Al_Re相等稳定相，因此它们与细小的a -Mg基体相形成了稳定的“两相组织”，能综合地提高材料的强度、塑性等力学性能。
[0016]采用喷射沉积技术可以制备出大尺寸且具有快速凝固优点的沉积坯，为制备高性能深加工器件提供了有利条件。对沉积坯的预挤压过程能去除孔隙并进一步细化晶粒，通过引入不同的初始织构为得到综合性能优异的高性能镁合金板材奠定了基础。对预挤压变形后的挤压坯进行轧制，可缩短轧制流程，其优点是:如果需要制备不同厚度的镁合金板材，仅通过对挤压坯的“挤压比”控制就能有效调控后续轧制工艺及合金性能来实现，使制备出的镁合金板材成材率高、力学较高且性能稳定，为镁合金的深高端应用奠定了基础。
[0017]2.本发明中是采用喷射沉积技术制备出的镁合金合金坯，利用该制备技术中快速凝固的优势，在合金的制备过程中通过合金元素成分的调控，实现对合金第二相粒子数量、成分、尺寸、分布状况的有效调控，其最主要目的是通过调控细小合金第二相粒子与基体Mg相之间的“相对含量”来有效调控镁合金板材的力学性能。
[0018]3.本发明中对镁合金轧制之前必须要对原始合金坯进行预挤压，其目的主要是改变合金内部多数晶粒的取向，关键是要形成强烈的由“两相组织”遗传所形成的“双相织构”。在轧制初期，基体相中强的“基面织构”由于基面滑移和锥面的孪生均不能发生作用，致使镁合金在轧制初期其“基面织构”强度有所减弱，这对后续轧制过程非常有利；此外，合金中第二相粒子在预变形过程中受到基体变形的影响而发生偏转，使得合金相沿某一晶面上形成较强的“双相织构”，随着后续轧制过程的进行，基体及第二相粒子的形貌与性能都会发生变化， 因此通过调控Mg基体与第二相粒子的织构强度(即“双相织构”)，就能最终实现镁合金板材强度及塑形的“同步提高”。[0019]4.与普通镁合金板材制备工艺相比，本发明工艺流程短，适用于各种高强度镁合金板材的制备。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1为实施例1中Mg-13Al-4Zn-7Ca-lMn_2Nd镁合金轧制板材横截面的显微组织。
[0021]图2为实施例2中Mg-5Al-4Zn-7Ca-lMn-lNd镁合金轧制板材横截面的显微组织。
[0022]图3为图2中的透射电镜照片组织图。
【具体实施方式】
[0023]本发明采用喷射沉积、快流制粉及粉末冶金的方法制备出原始“合金坯”，再将“合金坯”挤压“预变形”，去除原始“合金坯”中的孔隙并引入初始织构，最后对挤压坯进行热轧来得到高性能的镁合金板材。
[0024]本发明中的“双相组织”微观结构由两部分组成:第一部分是指“基体相”，基体a -Mg相的晶粒平均尺寸小于20 u m。第二部分是指除“基体相”之外的第二相粒子，该类第二相粒子的平均尺寸在0.2~5 之间，形貌为圆球状且弥散分布在基体相中，此类第二相粒子的高温稳定性强，并且不含有Mg17Al12 “随温度升高而重溶”的不稳定相。在本发明中，把这种既包含“基体相”又包含了前述除基体相之外“第二相粒子”显微组织的镁合金统称为“双相组织镁合金”。
[0025]本发明中“双相组织”微观结构具有以下特点:1、塑性变形过程中基体相与第二相粒子能够同时发生塑性变形，并且塑性变形过程中能形成“双相织构”；2、热处理或热加工过程中第二相粒子能够稳定存在，并且不会随着温度的增加而重新溶入基体中；3、在材料宏观力学性能方面，“双相组织镁合金”具有热稳定性高，耐腐蚀性强，高强度、高塑性等特点。
[0026]实施例1
[0027]双相高性能Mg-13A1-4Zn_7Ca-lMn_2Nd镁合金轧制板材的制备工艺:采用工业纯氮气作为镁合金的雾化气体，雾化气体压力大概为0.6~0.9MPa，熔体的温度在760~830°C，待合金液升高到800°C左右进行喷射，喷射后的沉积坯进行热挤压预变形，挤压比约为9:1，挤压温度为350°C，将挤压坯作为热轧坯料。对沉积坯进行轧制前加热处理，温度为350°C，保温时间30min。轧制过程道次压下量5~15%之间，轧制温度为300~400°C，轧辊的温度加热到200°C左右。轧制后镁合金板材组织均匀细小，晶粒尺寸在5~10 ii m之间，室温拉伸强度为435MPa，屈服强度为398MPa，延伸率为9%。
[0028]实施例2
[0029]双相高性能Mg-5Al-4Zn-7Ca-lMn_lNd镁合金轧制板材的制备工艺:采用工业纯氮气作为镁合金的雾化气体，雾化气体压力大概为0.6~0.9MPa，熔体的温度大概为760~830°C，待合金液升高到800°C左右进行喷射，喷射后的沉积坯进行热挤压预变形，挤压比约为16:1，挤压温度为350°C，将挤压坯作为热轧坯料。对沉积坯进行轧制前加热处理，温度为350°C，保温时间30min。轧制道次的压下量5~25%之间，轧制温度为300~400°C，轧辊的温度加热到200°C左右。轧制后镁合金板材组织均匀细小，晶粒尺寸在5~10 ii m之间，室温拉伸强度为386 MPa，屈服强度为342MPa，延伸率为10%。
【权利要求】
1.一种双相组织的高性能镁合金板材，其特征在于，以Mg为基体，再添加合金元素与微量合金元素，其质量百分比为，Al质量分数为0-13%，Zn质量分数为0-6%，Ca质量分数为0-8%，Mn质量分数为0-2%，Zr质量分数为0_6%，Li质量分数为0_15%，RE质量分数为0_6%，其余为杂质。
2.一种双相组织的高性能镁合金板材制备方法，其特征在于，镁合金成分的质量百分比为，Al质量分数为0-13%，Zn质量分数为0-6%，Ca质量分数为0_8%，Mn质量分数为0_2%，Zr质量分数为0-6%，Li质量分数为0-15%，RE质量分数为0_6%，其余为杂质；将上述物料采用喷射沉积或快流制粉或粉末冶金方法制备出具有“双相组织”微观结构镁合金的原始合金坯，“双相组织”微观结构镁合金的原始合金坯通过挤压、锻造、轧制、冲压“预变形”形成具有“双相织构”的预变形坯，预变形坯最终经过热轧制或冷轧制制成成品。
3.根据权利要求2所述一种双相组织的高性能镁合金板材制备方法，其特征在于，镁合金“双相组织”微观结构包括:小于20 y m的a -Mg基体相，还包括第二相粒子，该第二相粒子平均尺寸在0.2~5 y m之间，形貌为圆球状且弥散分布于基体相中。
4.根据权利要求3所述一种双相组织的高性能镁合金板材制备方法，其特征在于，第二相粒子包括Al-Ca相、Mg-Ca相、Al-Re相，不含有Mg17Al12相。
5.根据权利要求2所述一种双相组织的高性能镁合金板材制备方法，其特征在于，其预变形过程中所形成的“双相织构”包括a -Mg基体所形成的“单向织构”和平均直径为0.2~5 y m的圆球状“第二相粒子织构”。
6.根据权利要求2所述一种双相组织的高性能镁合金板材制备方法，其特征在于，热轧制之前对预变形坯要进行热处理，温度为250~400°C之间，保温时间30~60min ;热轧制条件:轧辊预热至200~250°C，轧制温度范围为250~400°C，道次变形量在5~15%之间，总变形量为30~60%。
【文档编号】C22F1/00GK103643096SQ201310682998
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月13日 优先权日:2013年12月13日
【发明者】李振亮, 张婧, 任慧平, 金自力 申请人:内蒙古科技大学