一种超细晶AZ61镁合金块体材料制备方法与流程

文档序号:15457798发布日期:2018-09-15 01:39

本发明涉及一种AZ61镁合金制备方法,具体涉及一种超细晶AZ61镁合金块体材料制备方法。



背景技术:

镁合金是最轻的金属结构材料,具有高比强度、高比刚度、良好的减振能力、优良的导热性和导电性、良好的尺寸稳定性、电磁屏蔽性和易于回收等特性。近年来,随着能源和环境问题的日益突出,镁合金作为新型工程材料迅速崛起,逐渐成为铝合金、钢铁和工程塑料等工程材料的理想替代品,在航空航天、交通运输、武器装备和电子电器等领域具有重要的应用价值和广阔的应用前景。

但镁合金的强度偏低以及高强镁合金开发的滞后严重制约了镁合金的大规模应用,因此,高强镁合金的研究和开发成为其满足工业需求的重要发展方向。研究表明晶粒细化是制备高强高韧材料的有效方法,近年来大塑性变形工艺因其强烈的晶粒细化能力在镁合金中得到了广泛的应用,主要方法包括等径角挤压、高压扭转、往复挤压、累积叠轧等。但现有方法操作流程复杂,不适于工业化生产,且不适于加工大尺寸块体材料。



技术实现要素:

本发明所要解决的技术问题是,提供一种超细晶AZ61镁合金块体材料制备方法,该方法工艺简单,加工效率高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种超细晶AZ61镁合金块体材料制备方法,包括合金的热处理和热加工,所述合金的热处理保温温度为400±5℃,保温时间为10±0.5小时,冷却方式为空冷;所述合金的热加工温度为250±5℃,热加工前保温时间为10±1分钟,热加工方式为小道次应变高应变速率三向锻造,锻造设备为空气锤,道次间不重复加热,道次应变量为10±0.5%,变形道次为12道次,冷却方式为空冷。

进一步,所述合金的热处理保温温度为400±2℃,更优选400℃。

进一步,所述合金的热处理保温时间为10±0.2小时,更优选10小时。

进一步,所述合金热加工前的状态为块体材料。

进一步,所述合金的热加工温度为250±2℃,更优选250℃。

进一步,热加工前保温时间为10±0.5分钟,更优选10分钟。

进一步,道次应变量为10±0.2%,更优选10%。

本发明的有益效果在于:

(1)合金的热处理保温温度为400±5℃,保温时间为10±0.5小时,冷却方式为空冷,此时合金晶界上连续网状分布的第二相基本溶入基体中,并在快速冷却的过程中来不及析出,基本获得单相固溶体,保证合金的塑性成形能力。

(2)合金的热加工温度为250±5℃,加工前保温时间为10±1分钟,在此温度下变形可以同时启动基面滑移、柱面滑移和锥面滑移,同时在不发生晶粒长大的情况下保证材料芯部和表面温度的一致,保证后续成形的顺利进行。

(3)热加工方式为小道次应变高应变速率三向锻造,锻造设备为空气锤,道次间不重复加热,道次应变量为10±0.5%;在高速变形条件下,由于可用于位错滑移的时间较短,孪生成为塑性变形主要机制,产生大量的孪晶,通过孪晶诱发动态再结晶,迅速细化合金组织;通过三向载荷循环作用促进交叉孪晶的形成,提高孪晶密度,从而保证晶粒细化能力;采用10±0.5%的小道次应变量,可保证锻造后合金不会形成强烈的基面织构,有利于提高合金的持续变形能力;另外,采用空气锤进行锻造,还可以利用高速变形的温升效应弥补散热导致的温度下降,省去道次间加热工艺,缩短加工周期。

附图说明

图1为实施例1铸造合金的微观组织形貌;

图2为实施例1热处理后合金的微观组织形貌;

图3为小道次应变高应变速率三向锻造工艺示意图;

图4为实施例1成形过程中第2道次合金的微观组织形貌;

图5为实施例1成形过程中第4道次合金的微观组织形貌;

图6为实施例1成形过程中第8道次合金的微观组织形貌;

图7为实施例1成形过程中第10道次合金的微观组织形貌;

图8为实施例1成形过程中第12道次合金的微观组织形貌。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

本实施例所选材料为AZ61镁合金,具体成分为Mg-3Al-1Zn,热加工前样品长宽高分别为35mm、35mm、40mm。

一种超细晶AZ61镁合金块体材料制备方法,包括以下步骤:

1)热处理工艺:将样品置于铁盒内用含有石墨的沙子覆盖,放入热处理炉内进行加热保温,加热温度设定为400℃,达到设定温度后保温10小时,使连续网状分布的第二相基本溶入基体中,取出样品空冷,使第二相来不及析出,获得性能基本均匀的单相固溶体,热处理前后的合金微观组织如图1、图2所示;

2)热加工加热工艺:成形加工前将样品置于加热炉内进行加热保温,加热温度设定为250℃,保温时间为10分钟,使样品受热均匀,在不发生晶粒长大的情况下保证材料芯部和表面温度的一致;

3)小道次应变高应变速率三向锻造:热加工成形在空气锤上进行,空气锤的锻打次数为200次/min,锻打速度为5m/s,采用一次加热成形,即道次间不进行加热,三向锻造工艺如图3所示,锻打面按A-B-C-A…顺序进行,每锻一个面计作一道次,道次变形量为10%,热加工完成后对试样进行空冷以保留高温变形组织。

热加工后样品表面良好,没有明显裂纹,没有明显的宏观损耗。

1.微观组织表征:选取实施例1中样品芯部制备微观组织观察样品,经过镶样、预磨、抛光、腐蚀,采用MM6卧式金相显微镜观察腐蚀后的样品,观察的平面垂直于取样前锻造方向,其显微组织形貌分别如图4-图8所示。

从图4-图8可以看出,在实施例1中,变形前期,初始晶粒内产生大量相互交错的孪晶,同时在孪晶上有少量的再结晶晶粒,如图4所示;随着变形的继续,孪晶上的再结晶程度迅速增大,同时在没有发生再结晶的区域继续产生大量的孪晶,如图5-图7所示;当变形进行到第12道次时,合金实现了完全再结晶,且平均晶粒尺寸为6μm,如图8所示。

本发明所述的超细晶AZ61镁合金块体材料制备方法,通过高温短时热处理,获得近似固溶体组织;利用高速变形产生大量孪晶,并通过孪晶诱发动态再结晶,迅速细化合金组织;通过三向载荷循环作用促进交叉孪晶的形成,提高孪晶密度,从而保证晶粒细化能力;同时通过高速变形的温升效应弥补散热导致的温度下降,道次间无须加热。本发明加工周期短,适于制备超细晶AZ61镁合金块体材料。

最后,需要指出的是,以上实施例只是用于说明本发明而非限制,事实上,本发明的方法对其他合金也同样适用;本领域技术人员在本发明的教导下对产品做简单替换时,仍属于本发明的保护范围。

再多了解一些
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