一种变形镁合金织构的弱化方法
【专利摘要】本发明提供了一种变形镁合金织构的弱化方法，包括合金熔炼、均匀化处理、大塑性变形步骤，所述镁合金的主合金元素添加量应为其在镁合金中最大固溶度的40%～150%之间，所述大塑性变形的累积变形量为1.5～5.0，变形速率为0.0005～0.5s-1。该方法适用于所有的镁合金体系，工艺流程简单，操作方便，成本低，采用现有的加工设备就可以生产各种性能优良的棒材、板材和锻件。该方法通过过动态再结晶与动态析出相的相互作用弱化织构，弱化或消除变形镁合金产品的力学性能各向异性，同时提高了合金的二次加工性能，增大了变形镁合金的应用范围。
【专利说明】一种变形镁合金织构的弱化方法
【技术领域】
[0001]本发明属于金属材料加工制备领域，涉及镁合金加工，具体涉及一种变形镁合金织构的弱化方法。
【背景技术】
[0002]镁合金作为最轻的金属结构材料，具有比强度和比刚度高、阻尼减震性好等优点，在航空航天、国防军工、汽车、电子等领域都具有重要的应用价值和广阔的市场前景。目前，镁合金产品大多是以铸造为主，然而铸件的力学性能不够理想，产品形状尺寸存在一定的局限性且容易产生如气孔、缩孔等组织缺陷，使镁合金的应用范围受到很大的限制。镁合金经过锻造、挤压等热变形后，组织得到显著细化，铸造组织缺陷被消除，力学性能得到大幅度的提升。作为密排六方结构的镁合金，铸锭经过变形后会形成强烈的各向异性(变形织构)，这种变形织构的存在一是使产品存在明显的力学性能各向异性，二是降低合金的二次加工性能，限制了变形镁合金的应用范围。因此，为得到力学性能均匀的变形镁合金构件，提出一种改善变形镁合金的织构的方法极为必要。
[0003]近年来，国内外已有多种调控镁合金织构的工艺，如异步轧制、等径角轧制、交叉轧制和单向反复弯曲变形等，但这些方法仅使基面织构发生偏转，并未使其强度显著下降；而且，轧制工艺比较复杂，技术难度较高，不适于大规模生产。
[0004]另外一种改善镁合金织构的方法是向镁合金中加入稀土元素。在中国专利CN101619428A中记载了一种添加稀土元素改善变形镁合金织构的方法，稀土元素的加入量占纯镁或镁合金重量0.9~14%，大量的稀土元素的加入会增加合金密度以及提高合金的成本。
【发明内容】
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[0005]本发明的目的在于提供一种变形镁合金织构的弱化方法，从而弱化或消除变形镁合金产品的力学性能各向异性，织构弱化主要是通过动态再结晶与动态析出相的相互作用实现。
[0006]本发明目的是通过以下技术方案实现的:
[0007]—种变形镁合金织构的弱化方法，其特征在于:包括合金熔炼、均匀化处理、大塑性变形步骤；所述镁合金的主合金元素添加量应为其在镁合金中最大固溶度的40%~150%之间，所述大塑性变形的累积变形量为1.5~5.0。
[0008]为了进一步消除如气孔、缩孔等组织缺陷，增加力学性能，提高合金的二次加工性能，所述镁合金的主合金元素添加量优选为其在镁合金中最大固溶度的40%~98%。
[0009]该方法适用于所有的镁合金体系，工艺流程简单，操作方便，成本低，采用现有的加工设备就可以生产各种性能优良的棒材、板材和锻件。
[0010]为了进一步提高本发明的力学性能，本发明大塑性变形的变形速率为0.0005~
0.5s 1O[0011 ] 为了进一步增加镁合金的使用性能，本发明中，上述所用的大塑性变形温度应低于均匀化温度20°c~200°C。
[0012]具体的说，本发明的工艺步骤如下:
[0013]第一步:合金熔炼
[0014]将纯镁在680°C~800°C熔化，然后加入已预热的合金元素，同时进行机械搅拌，静置后进行浇注。
[0015]第二步:均匀化处理
[0016]将所得到的铸锭在330°C~540°C进行均匀化处理，均匀化保温时间为8~24h，均匀化处理后自然冷却或淬火处理。
[0017]第三步:大塑性变形
[0018]将经过均匀化处理后的铸锭在310°C~500°C之间进行大塑性变形，变形前加热I~5h，累积变形量为1.5~5.0，变形速率为0.0005~0.5s'
[0019]本发明中，上述预热为本领域常规预热方式。
[0020]本发明中，上述镁合金的主合金元素添加量应为其在镁合金中最大固溶度的40%~150%之间。
[0021]本发明中，上述均匀化处理后降温，根据实际情况选择自然冷却或淬火处理。
[0022]本发明中，上述熔 炼采用电阻炉或中频电磁感应炉加热。
[0023]本发明中，上述均匀化处理采用箱式电阻炉加热，并要求强制循环气体。
[0024]本发明中，上述所用的大塑性变形温度应低于均匀化温度20°C~200°C。
[0025]本发明中，上述大塑性变形工艺包括锻造、挤压、轧制等中的一种或多种的复合。
[0026]本发明取得如下有益效果:
[0027]1.本发明采用均匀化处理获得大的过饱和固溶度，较大的固溶度为变形析出相的析出提供了热力学的保障，而塑性变形过程中的位错，空位等缺陷为变形析出相的析出提供了动力学的保障，沿晶界析出的变形析出相能够有效的抑制动态再结晶晶粒的转动，从而弱化织构。采用本发明制备的镁合金板材极密度最大值为2.01，而传统方式生产的板材存在明显的基面织构，极密度最大值为8.02。(见附图2、3)
[0028]2.本发明所述方法制备的镁合金具有较好的固溶及时效强化效果，而且还能使晶粒得到细化，保证了变形镁合金的力学性能。
[0029]3.本发明相比于异步轧制、等径角轧制等从工艺上以及添加稀土元素来弱化变形镁合金的织构的方法相比，使用范围更广，成本更低，采用现有的加工设备就可以生产各种弱织构的棒材、板材和锻件，适于大规模工业化生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1是本发明的实施例1中所测的镁合金显微组织。
[0031]图2是本发明的实施例1中所测的镁合金极图。
[0032]图3是对比实施例1中板材所测的镁合金极图。
【具体实施方式】
[0033]下面通过实施例对本发明进行进一步具体描述。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。
[0034]实施例1
[0035]工艺步骤:
[0036]1.合金熔炼:将经过预热的纯镁锭在铁坩埚中熔化，同时采用RJ-2溶剂进行保护，待温度上升到750°C时，加入已经烘干的Mg-Gd、Mg-Y与Mg-Nd中间合金，待温度升至810°C时，加入已经预热的Mg-30Zr中间合金，搅拌，当温度降至690°C~730°C时，保温并静置20分钟后，进 行半连续铸造，浇注温度690°C~710°C，拉锭速度40~60mm/min，半连续铸锭尺寸为 Φ165ι?πιΧ 1500mm，合金名义成分为:Mg-10Gd-6Y-2Nd_0.5Zr (wt.%)。
[0037]2.均匀化处理:将铸锭放入已经加热到530°C带有风机的箱式电阻炉中进行均匀化处理，均匀化时间为20h，均匀化完成后，将锭子取出，空冷6min后，放入80°C的水中淬火。
[0038]3.大塑性变形:将均匀化后的铸坯加热到500°C，保温2h后进行多个方向的降温锻压，最后锻成板材，累积变形量为2.7，变形速率为0.03s—1，砧板外加保温装置，上下砧板的温度为420±20°C，变形后测得坯料温度为415°C，变形完成后立即水淬。
[0039]4.由图1可知，显微组织中存在许多动态析出相；采用EBSD技术测试变形完成后的织构，由图2表明，织构分布非常漫散，极密度最大值为2.01。
[0040]实施例2
[0041]1.合金熔炼:将经过预热的纯镁锭在电阻炉中熔炼，同时采用RJ-5溶剂进行保护，待温度上升到800°C时，加入已经烘干的Mg-Mn中间合金，当熔体温度降到720°C，加入纯锌；升温至780°C，扒渣搅拌后静置20分钟，当温度降到730°C左右，浇注。所得合金的名义成分为:Mg-6.5Ζη-0.8Mn (wt.%)。
[0042]2.均匀化处理:将铸锭放入已经加热到325°C带有风机的箱式电阻炉中进行均匀化处理，第一级均匀化时间为18h，然后随炉升温至350°C保温2h进行第二级均匀化处理，均匀化完成后出炉空冷。
[0043]3.大塑性变形:将均匀化后的铸坯加热到370°C，保温2h后进行墩粗，墩粗后直接滚圆拔长，锻造后坯料的尺寸与铸锭的尺寸大体一致，锻造完成后利用余温对坯料进行直接挤压，此时坯料温度为320°C，模具温度为320°C，挤压速度0.0I s—1，累积变形量为5.0。
[0044]4.此步骤与实施示例I相同。
[0045]实施例3
[0046]1.合金熔炼:将经过预热的纯镁锭在电阻炉中熔炼，同时采用RJ-2溶剂进行保护，待温度上升到730°C时，依次加入已经烘干的铝锭、锌锭和无水氯化锰，同时搅拌熔体，待温度上升到780°C时，加入预热的Mg-Gd中间合金，扒渣搅拌后静置20分钟，当温度降到710°C左右，浇注。所得合金的名义成分为:Mg-8.lAl-l%Gd-0.7Zn-0.1Mn (wt.%)。
[0047]2.均匀化处理:将铸锭放入已经加热到400°C带有风机的箱式电阻炉中进行均匀化处理，均匀化保温时间为16h，均匀化完成后出炉空冷。
[0048]3.大塑性变形:将均匀化后的铸坯加热到310°C，保温2h后进行挤压，模具加热温度为300°C，挤压速度0.ΟΟΟδ?1，累积变形量为1.5。
[0049]4.此步骤与实施示例I相同。[0050]实施例4
[0051]1.合金熔炼:将经过预热的纯镁锭在电阻炉中熔炼，同时采用RJ-2溶剂进行保护，待温度上升到730°C时，依次加入已经烘干的铝锭、锌锭和无水氯化锰，同时搅拌熔体，待温度上升到780°C时，扒渣搅拌后静置20分钟，当温度降到710°C左右，浇注。所得合金的名义成分为:Mg-9.1A1-0.9Ζη-0.IMn (wt.%)。
[0052]2.均匀化处理:将铸锭放入已经加热到400°C带有风机的箱式电阻炉中进行均匀化处理，均匀化保温时间为18h，均匀化完成后出炉空冷。
[0053]3.大塑性变形:将均匀化后的铸坯加热到380°C，保温2h后进行镦粗拔长后，坯料在330°C进行挤压，挤压速度0.001s—1，累积变形量为3.2。
[0054]4.此步骤与实施示例I相同。
[0055]对比实施例1
[0056]1.此步骤与实施示例I相同。
[0057]2.此步骤与实施示例I相同。
[0058]3.大塑性变形:将均匀化后的铸坯加热到510°C，保温2h后进行多个方向的恒温锻压，最后锻成板材，累积变形量为0.9，变形速率为ls—1，变形完成后立即水淬。
[0059]4.采用EBSD技术测试变形完成后的织构，由图3的表明，板材具有明显的基面织构，极密度最大值为8.0 2，织构较强。
[0060]这也说明采用本发明申请所述方法能够明显的弱化变形镁合金的织构。
【权利要求】
1.一种变形镁合金织构的弱化方法，包括合金熔炼、均匀化处理、大塑性变形步骤，其特征在于:所述镁合金的主合金元素添加量应为其在镁合金中最大固溶度的40%~150%之间，所述大塑性变形的累积变形量为1.5~5.0。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述大塑性变形的变形速率为0.0005~0.5s 1O
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于:所述镁合金的主合金元素添加量为其在镁合金中最大固溶度的40%~98%。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于:将经过均匀化处理后的铸锭在310°C~500°C之间进行大塑性变形，变形前加热I~5h，累积变形量为1.5~5.0，变形速率为0.0005 ~0.5s 1O
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于:所述大塑性变形温度应低于均匀化温度20。。~200。。。
6.如权利要求1或4所述的方法，其特征在于:所述大塑性变形步骤包括锻造、挤压、轧制等中的一种或多种的复合。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于:按照如下步骤进行， 第一步:合金熔炼 将纯镁在680°C~800°C熔化，然后加入已预热的合金元素，同时进行机械搅拌，静置后进行浇注； 第二步:均匀化处理 将所得到的铸锭在330°C~540°C进`行均匀化处理，均匀化保温时间为8~24h，均匀化处理后自然冷却或淬火处理； 第三步:大塑性变形 将经过均匀化处理后的铸锭在310°C~500°C之间进行大塑性变形，变形前加热I~5h,累积变形量为1.5~5.0，变形速率为0.0005~0.5s-1。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于:所述均匀化处理采用要求强制循环气体的箱式电阻炉加热。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于:所述大塑性变形的方式为铸坯加热后进行镦粗拔长形成坯料，之后将坯料进行挤压。
【文档编号】C22F1/06GK103725999SQ201310731493
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月26日 优先权日:2013年12月26日
【发明者】夏祥生, 陈强, 舒大禹, 胡传凯, 赵祖德 申请人:中国兵器工业第五九研究所