具有超细晶粒的Mg₉₇Y₂Zn₁合金的制备方法

专利名称：具有超细晶粒的Mg₉₇Y₂Zn₁合金的制备方法
技术领域：
本发明涉及的是一种金属材料技术领域的制备方法，具体是一种具有超细晶 粒的Mg97Y2Zm合金的制备方法。
背景技术：
镁合金是新兴的、发展速度很快、极具潜力的一类金属结构材料，在汽车、 航空航空工业上的有着广阔的应用前景。而这些行业中镁合金结构件种类繁多、 数量庞大，并且要求材料具有良好的力学性能。
Mg97Y2Zm合金以其高强度、良好的延伸率、高应变超塑性、良好的热稳定性、
以及较好的高温强度等满足汽车、航空航天工业的需求。目前生产该合金主要是 采用"快速凝固+粉末冶金"方法，不过，由于此方法的加工设备比较复杂，加
工过程比较危险以及其他技术的难度性，无法实现Mg97Y2Zm合金的批量生产，限
制该合金的工业化生产和广泛应用。
与快速凝固粉末冶金法相比，等通道角挤压法具有以下优点加工得到的材
料无孔洞、致密性好，加工设备简单、安全、成本低，以及不改变式样尺寸而实 现较大幅度塑性变形得到超细晶粒，提高材料力学性能等。
经对现有技术的文献检索发现，Kawamura Y.等在《Materials Transactions)) (材料学报—第42期第1172-1176页)上发表的"Rapidly solidified powder metallurgy Mg^ZruYs alloys with excellent tensile yield strength above 600 MPa"(快速固化粉末方法冶炼具有600MPa以上超强延展性的Mg97Znj2合金)，该 文中采用快速冷却和粉末冶金(RS P/M)条件下制取的Mg97Y2Zm合金具有很高的强 度并具有一定延伸率，分别是610MPa和5y。。其不足在于虽然其强度很高，但是 限于快速冷却和粉末冶金法的局限性，对外界条件要求苛刻，并且对设备要求很 高，无法应用到工业中进行连续性生产。

发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种具有超细晶粒的M^LZ" 合金的制备方法，制备获得的Mg97Y2Zm合金材料性能指标为延伸率3.09X，屈服
3强度377. 96MPa，抗拉强度428. 56MPa，极大地扩展了 Mg97Y2Zrh合金的应用范围。 本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤-第一步、采用热挤压机通过挤压杆将常规挤压态的MgwY2Zm合金通过挤压通
道挤入模座进行预挤压，将滑块置于模座底部进行取样，得到镁合金棒材。 所述的热挤压机，其挤压通道与水平线之间的角度为90。。 所述的热挤压机，其滑块的运动路线与水平线之间的角度为O。。 所述的预挤压的挤压速度为22. 6-25. 2mm/min。 所述的镁合金棒材的直径为40mm。
第二步、设定轧辊温度设定为室温，将M^Y2Zru合金棒材加热后进行l-6道 次的变形轧制，制成镁合金板材。
所述的轧辊的上、下辊速比设定为1.0-1.4。 所述的加热，具体是指加热至340-350°C。
所述的变形轧制是指将镁合金棒材在每道次挤压后沿经挤压后的条状镁合 金棒材的中轴逆时针旋转90°作为下一道次的挤压方向，从而形成不同特征的 组织结构。
由于材料内积聚的内能相对要小，回复作用不明显，位错增殖快，位错密度 增大，所以屈服强度逐渐上升，当变形量达到一定程度后，位错的增殖和湮灭达 到动态平衡，同时随着内能的增加回复作用逐渐明显，屈服强度上升变缓。从而 在这一基础上提出了经预挤压，再经二至六次道次挤压，则回复不容易发生位错 湮灭速度大大减慢，材料内部位错密度增大，从而获得了力学性能较高的Mg97Y2Zm 合金材料，其力学性能分别为延伸率3.09%，屈服强度377.96MPa，抗拉强度 428. 56MPa，极大地扩展了Mg97Y2Zm合金的应用范围。
与现有技术相比，本发明利用等通道挤压实现深度塑性变形，根据材料的初 始性能，调节等通道挤压的变形温度，有效细化了晶粒和优化了组织结构，提高 了Mg97Y2Zm合金的力学性能，可以直接在镁合金热挤压机上实现了Mg97Y2Zm合金材 料的工业化和连续性生产。


图l为等通道角挤压的四种挤压路线
图2为本发明涉及的等通道角挤压模具示意图3为不同道次等通道挤压的合金的力学性能示意图。
具体实施例方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下 进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限 于下述的实施例。 实施例一
1. 如图2所示，采用普通热挤压机装置，设定挤压通道与水平线之间的角 度为9(T ，设定滑块的运动路线与水平线之间的角度为O。。
2. 给定的镁合金材料为常规挤压态Mg97Y2Zn,合金，经挤压速度为22. 6mm/min 的预挤压后，得到直径为40mm的Mg97Y2Zm合金棒材，其平均晶粒尺寸为1-3um， 力学性能分别为延伸率为9. 97%、屈服强度352. OlMPa、抗拉强度412. 83MPa。
3. 设定轧辊温度设定为室温，上下辊速比设定为1.0，将Mg^Y2Zm合金棒材 加热至35(TC后进行变形轧制，轧制路线为每一道次结束之后将MgwY2Z"合金棒 材沿经挤压后的条状Mg9j2Zm合金棒材的中轴逆时针旋转90°再进行下一道次 的轧制加工。
4. 经l道次变形轧制后，合金的晶粒尺寸细化为300-400nm，如图3所示， 本实施例制得的合金的力学性能分别为延伸率8.63%，屈服强度367. 44MPa， 抗拉强度430. 79MPa。
实施例二
1. 如图2所示，采用普通热挤压机装置，设定挤压通道与水平线之间的角 度为90° ，设定滑块的运动路线与水平线之间的角度为O。。
2. 给定的镁合金材料为常规挤压态Mg97Y2Zm合金，经挤压速度为25. 2mm/min 的预挤压后，得到直径为40mm的棒材，其平均晶粒尺寸为l-3um，力学性能分 别为延伸率为9.97%、屈服强度352. OlMPa、抗拉强度412. 83MPa。
3. 设定轧辊温度设定为室温，上下辊速比设定为1.4，将Mg97Y2Zru合金棒材 加热至35(TC后进行变形轧制，轧制路线为每一道次结束之后将Mg97Y2Zm合金棒 材沿经挤压后的条状Mg97Y2Zm合金棒材的中轴逆时针旋转90°再进行下一道次 的轧制加工。
4. 经2道次变形轧制后，合金的晶粒尺寸细化为300-400nm，如图3所示， 本实施例制得的合金的力学性能分别为延伸率7.35%，屈服强度372. 82MPa， 抗拉强度420. 88MPa。实施例三
1. 如图2所示，采用普通热挤压机装置，设定挤压通道与水平线之间的角 度为90° ，设定滑块的运动路线与水平线之间的角度为(T 。
2. 给定的镁合金材料为常规挤压态Mg9j2Zm合金，经挤压速度为25. 2mm/min 的预挤压后，得到直径为40mm的棒材，其平均晶粒尺寸为l-3um，力学性能分 别为延伸率为9.97%、屈服强度352. OlMPa、抗拉强度412. 83MPa。
3. 设定轧辊温度设定为室温，上下辊速比设定为1.0，将Mg97Y2Zm合金棒材 加热至35(TC，轧制路线为每一道次结束之后将Mg97Y2Zm合金棒材沿经挤压后的 条状Mgg7Y2Zm合金棒材的中轴逆时针旋转90°再进行下一道次的轧制加工。
4. 经4道次变形后，合金的晶粒尺寸细化为200-300nm，如图3所示，本 实施例制得的合金的力学性能分别为延伸率6.78%，屈服强度376.82MPa，抗 拉强度412. 75MPa。
实施例四
1. 如图2所示，采用普通热挤压机装置，设定挤压通道与水平线之间的角 度为90° ，设定滑块的运动路线与水平线之间的角度为(T 。
2. 给定的镁合金材料为常规挤压态Mg97Y2Z 合金，经挤压速度为25. 2mm/min 的预挤压后，得到直径为40mm的棒材，其平均晶粒尺寸为1-3ixm，力学性能分 别为延伸率为9.97%、屈服强度352. OlMPa、抗拉强度412. 83MPa。
3. 设定轧辊温度设定为室温，上下辊速比设定为l.O，将Mg97Y2Zm合金棒材 加热至350°C，轧制路线为每一道次结束之后将Mg97Y2Zn,合金棒材沿经挤压后的 条状Mg97Y2Zn,合金棒材的中轴逆时针旋转90°再进行下一道次的轧制加工。
4. 经5道次变形后，合金的晶粒尺寸细化为200-300nm，如图3所示，本 实施例制得的合金的力学性能分别为延伸率4.97%，屈服强度359. 23MPa，抗 拉强度403. 15MPa。
实施例五
1. 如图2所示，采用普通热挤压机装置，设定挤压通道与水平线之间的角 度为90° ，设定滑块的运动路线与水平线之间的角度为O。。
2. 给定的镁合金材料为常规挤压态Mg97Y2Zm合金，经挤压速度为25. 2mra/min 的预挤压后，得到直径为40mra的棒材，其平均晶粒尺寸为1-3um，力学性能分 别为延伸率为9.97%、屈服强度352. OlMPa、抗拉强度412. 83MPa。3. 设定轧辊温度设定为室温，上下辊速比设定为l.O，将Mg97Y2Zm合金棒材 加热至340°C，轧制路线为每一道次结束之后将Mg9j2Zm合金棒材沿经挤压后的 条状Mg97Y2Z 合金棒材的中轴逆时针旋转90°再进行下一道次的轧制加工。
4. 经6道次变形后，合金的晶粒尺寸细化为200-300nm，如图3所示，本 实施例制得的合金的力学性能分别为延伸率3.09%，屈服强度377. 96MPa，抗 拉强度428. 56MPa。
权利要求
1、一种具有超细晶粒的Mg97Y2Zn1合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤第一步、采用热挤压机通过挤压杆将常规挤压态的Mg97Y2Zn1合金通过挤压通道挤入模座进行预挤压，将滑块置于模座底部进行取样，得到镁合金棒材。第二步、设定轧辊温度设定为室温，将Mg97Y2Zn1合金棒材加热后进行1-6道次的变形轧制，制成镁合金板材。
2、 根据权利要求1所述的具有超细晶粒的Mg97Y2Zru合金的制备方法，其特 征是，第一步中所述的热挤压机，设定热挤压机的挤压通道与水平线之间的角度 为90° 。
3、 根据权利要求1所述的具有超细晶粒的Mg97Y2Zm合金的制备方法，其特 征是，第一步中所述的热挤压机，设定热挤压机的滑块的运动路线与水平线之间 的角度为0° 。
4、 根据权利要求1所述的具有超细晶粒的Mg97Y2Zm合金的制备方法，其特 征是，第一步中所述的预挤压的挤压速度为22. 6-25. 2mm/min。
5、 根据权利要求1所述的具有超细晶粒的Mg97Y2Zn,合金的制备方法，其特 征是，第一步中所述的镁合金棒材的直径为40mm。
6、 根据权利要求1所述的具有超细晶粒的Mg97Y2Zrii合金的制备方法，其特 征是，第二步中所述的轧辊的上、下辊速比设定为1.0-1.4。
7、 根据权利要求1所述的具有超细晶粒的Mg97Y2Zn,合金的制备方法，其特 征是，第二步中所述的加热，具体是指加热至340-35(TC。
8、 根据权利要求1所述的具有超细晶粒的Mg97Y2Zm合金的制备方法，其特 征是，第二步中所述的变形轧制是指将镁合金棒材在每道次挤压后沿经挤压后 的条状镁合金棒材的中轴逆时针旋转90。作为下一道次的挤压方向。
全文摘要
一种金属制造技术领域的具有超细晶粒的Mg₉₇Y₂Zn₁合金的制备方法，包括采用热挤压机通过挤压杆将常规挤压态的Mg₉₇Y₂Zn₁合金通过挤压通道挤入模座进行预挤压，将滑块置于模座底部进行取样，得到镁合金棒材；设定轧辊温度设定为室温，将Mg₉₇Y₂Zn₁合金棒材加热后进行1-6道次的变形轧制，制备获得的Mg₉₇Y₂Zn₁合金材料性能指标为延伸率3.09％，屈服强度377.96MPa，抗拉强度428.56MPa，极大地扩展了Mg₉₇Y₂Zn₁合金的应用范围。
文档编号C22F1/06GK101565802SQ20091005163
公开日2009年10月28日 申请日期2009年5月21日 优先权日2009年5月21日
发明者丁文江, 曾小勤, 凌 林, 彬 陈 申请人:上海交通大学;上海轻合金精密成型国家工程研究中心有限公司