本发明涉及一种Mg-Zn-Zr合金制备方法，具体涉及一种高性能Mg-Zn-Zr合金短流程制备方法。
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。近年来，大塑性变形作为高性能镁合金加工方法之一备受关注，但该方法加工工件尺寸小，且通常需要先进行均匀化处理再进行热加工，产品生产周期较长，工业化批量生产可行性较低。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是，提供一种高性能Mg-Zn-Zr合金短流程制备方法，该方法工艺简单，加工效率高，制备的产品性能优异，适于工业化批量生产。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高性能Mg-Zn-Zr合金短流程制备方法，包括合金的铸造和热加工，所述合金的铸造模具为方形水冷铜模，模具成型尺寸为150mm*150mm*150mm，模具冷却水容量为300±10ml，冷却水流速为3±0.5升/分钟；所述合金的热加工温度为300±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20±0.5％，变形道次为12道次，冷却方式为空冷。进一步，所述方形水冷铜模冷却水容量为300±5ml，更优选300ml。进一步，所述方形水冷铜模冷却水流速为3±0.2升/分钟，更优选3升/分钟。进一步，所述合金热加工前的状态为铸态块体材料。进一步，所述合金的热加工温度为300±2℃，更优选300℃。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20±0.2％，更优选10％。本发明的有益效果在于：(1)合金的铸造模具为方形水冷铜模，模具成型尺寸为150mm*150mm*150mm，模具冷却水容量为300±10ml，冷却水流速为3±0.5升/分钟，此时铸锭可以获得均匀的等轴晶组织，且合金元素在快速冷却的过程中来不及析出，基本获得单相固溶体，在热加工前无需进行热处理。(2)合金的热加工温度为300±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20±0.5％；在三向载荷循环变化的作用下，旋转动态再结晶和孪生诱发的动态再结晶分别成为初始晶界和晶粒内部的再结晶机制，获得一种新型的双峰晶粒组织，保证产品良好的综合力学性能；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，有利于提高合金的后续成形，保证成品率；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，适于高性能Mg-Zn-Zr合金的工业化生产。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2铸造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制备的双峰晶粒组织合金的高倍微观组织形貌；图5为实施例1制备的双峰晶粒组织合金的低倍微观组织形貌；图6为实施例2制备的双峰晶粒组织合金的高倍微观组织形貌；图7为实施例2制备的双峰晶粒组织合金的低倍微观组织形貌；图8为Mg-Zn-Zr合金实施例前后的室温拉升曲线。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Mg-2Zn-0.45Zr合金，热加工前样品长宽高分别为70mm、70mm、80mm。一种高性能Mg-Zn-Zr合金短流程制备方法，包括以下步骤：1)铸造工艺：根据镁合金熔炼方法制备Mg-2Zn-0.45Zr合金熔体，将熔体浇入方形水冷铜模，铜模成型尺寸为150mm*150mm*150mm，模具冷却水容量为300ml，冷却水流速为3升/分钟，浇注过程通过撒硫磺粉防止燃烧，待冷却后取出铸锭；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300℃，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20％，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。实施例2实施例2与实施例1的区别在于：加工对象不同，加工对象合金成分为Mg-6Zn-0.45Zr。热加工后样品材料表面良好，没有明显裂纹，没有明显的宏观损耗。下面结合实验数据对实施例1-2所获得的微观组织和力学性能进行分析。1.微观组织表征：选取实施例1-2中铸造合金和变形合金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，铸造组织如图1和图2所示，变形组织如图4-图7所示。从图1和图2可以看出，在实施例1和实施例2中，在水冷铜模的作用下，合金凝固组织为较为均匀的等轴晶组织，且晶界附近没有粗大的第二相，基本获得了单相固溶体组织。从图4可以看出，在实施例1中，合金最终组织为一种新型的双峰晶粒组织；在低倍光学显微镜下对其进行观察发现，在整个样品内部均形成规律分布的双峰晶粒组织，并非局部特征，如图5所示。从图6和图7可以看出，在实施例2中获得与实施例1几乎相同的规律分布的双峰晶粒组织。2.力学性能测试：根据国标GB228-2002的标准，将本发明实施例所述合金加工成标准拉伸试样进行室温拉伸实验，所测得的室温拉升曲线如图8示，其力学性能见表1。表1实施例加工样品的力学性能实施例屈服强度(MPa)抗拉强度(MPa)延伸率(％)实施例1铸态126.2211.96.5实施例1后203.4331.625.1实施例2铸态134.3240.38.1实施例2后198.1330.225.7从图8和表1可以看出，运用本发明可大幅提高Mg-Zn-Zr合金的屈服强度、抗拉强度和延伸率，制备的Mg-Zn-Zr合金块体材料具有良好的综合力学性能。本发明所述的高性能Mg-Zn-Zr合金短流程制备方法，通过水冷铜模快速冷却，获得均匀等轴且近似固溶体的铸造组织，铸锭热加工前无需热处理；利用高速三向载荷下，合金初始晶界和晶内再结晶机制的差异，制备晶粒分布可控的新型双峰组织，保证产品良好的综合力学性能；采用小道次应变量，保证合金后续成形能力；此外，本发明利用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，加工周期短，适于高性能Mg-Zn-Zr合金块体材料的工业化生产。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。当前第1页1 2 3