一种高铝含量铸轧镁合金板材中第二相均匀化调控制备方法与流程

本发明涉及金属材料领域，特别是涉及一种高铝含量铸轧镁合金板材中第二相均匀化调控制备方法。

背景技术：

镁合金作为最轻的工程结构金属材料，具有高比强度、高导电导热性、高阻尼减震性、高静电屏蔽性以及良好的再生回用等优点，在航空航天、汽车和通讯等领域备受青睐。然而，塑性加工成形困难一直是限制镁合金发展最主要的问题之一。除了镁合金固有的密排六方晶格结构以外，第二相的尺寸与分布也是影响镁合金塑性成形的重要因素，。

镁板是目前镁业深加工领域最具发展潜力的产品，生产出低成本、高性能的镁合金板材是业内研究的主要内容之一。近年来，熔体铸轧开坯相比于传统热轧或挤压开坯等生产率高、生产成本低、可规模化、商业化生产，已得到较为广泛关注和应用。然而，如图1和图2所示，高铝含量的铸轧镁合金通常会产生大量的偏析第二相，并且尺寸较大，可达毫米级，主要呈网条状分布，这大大降低了材料在后续加工过程中的变形能力，严重制约了其在工业生产中的应用，难以实现薄板的批量生产。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决高铝含量铸轧镁合金板材塑性加工成型困难的问题，而提供一种高铝含量铸轧镁合金板材中第二相均匀化调控制备方法，该方法采用热处理与普通轧制相结合，应用性强，于工业生产上实施无障碍。攻克了高铝含量铸轧镁合金变形难、轧制开裂严重的难题，获得了宏观形貌良好、微观组织均匀、综合性能过关的镁合金薄板材料。该工艺方法简单可靠且易于推广，广泛适用于高铝含量铸轧镁合金的轧制加工过程，对含有高体积分数第二相的难变形锻造、挤压等镁合金也同样适用。

一种高铝含量铸轧镁合金板材中第二相均匀化调控方法，包括以下步骤：

(1)、升温阶梯固溶处理：将铸轧镁合金坯料进行阶段一固溶，该阶段一固溶温度为300-400℃，保温时间为15-30h，之后升温进行阶段二固溶，该阶段二固溶温度为350-450℃，保温时间为10-20h，获得第二相充分固溶坯料；

(2)、高温多道次轧制变形：将步骤(1)中所述第二相充分固溶坯料进行高温轧制变形，轧制道次为4道次以上，每道次的压下量为5-30％，总压下量为60-70％，每道次前在300-400℃的温度下短时保温5-30min，轧制加工获得镁合金板材；

(3)、降温多道次轧制变形：将步骤(2)中所述镁合金板材进行降温轧制变形，轧制道次为1道次以上，每道次压下量为10-30％，每道次前在250-350℃的温度下短时保温5-30min,轧制加工获得相较初始坯料厚度总压下量为70-80％的镁合金薄板；

(4)再结晶退火处理：将步骤(3)中所述镁合金薄板进行温度为100-300℃，时间为20-200min的再结晶退火处理，获得具有均匀弥散分布的细小近球状第二相和细晶组织。

在步骤(2)中所述高温轧制变形以及在步骤(3)中所述降温轧制变形均包括单一方向轧制、正反面交替轧制、两头交替轧制和/或90°旋转交叉轧制。

在步骤(2)中所述高温轧制变形以及在步骤(3)中所述降温轧制变形中，轧辊温度均为100-150℃。

本发明所述的高铝含量铸轧镁合金坯料的铝含量为5-15％。

本发明的有益效果：

本发明包括升温阶梯固溶处理、高温多道次轧制变形、降温多道次轧制变形、再结晶退火处理四个环节，通过该方法的处理，消除了初始组织中达毫米级尺寸的网条状偏析第二相，获得了具有均匀弥散分布的细小近球状第二相，同时得到了细晶组织。本发明采用热处理与普通轧制相结合的方法，应用性强，于工业生产中实施无障碍。解决了高铝含量铸轧镁合金变形难、轧制开裂严重的难题，获得了宏观形貌良好、微观组织均匀、综合性能过关的镁合金薄板材料。

本发明具有以下优势：

1)熔体铸轧开坯相比于传统开坯生产率高、生产成本低、可规模化，优势明显。然而，铸轧镁合金通常会产生大量的偏析第二相，这大大降低了材料在后续加工过程中的变形能力。关于镁-铝系合金铸轧板材第二相均匀化的研究，目前已提出的大多数方法仅适用于中、低铝含量的材料，可适用于高铝含量材料的方法相对较少，该方法主要针对高铝含量材料设计，效果十分显著；

2)该方法采用的升温固溶工艺，使高体积分数第二相在轧制变形前充分固溶，避免了轧制初期微小裂纹的产生，从源头抑制了轧制后期的裂纹扩展，可显著提高原材料的成品率，突破了常规轧制易边缘开裂、中间断裂的难关；

3)该方法的高温多道次轧制流程，短时保温和轧制变形相辅相成，通过热力耦合效应使偏析第二相反复析出、回溶，以起到调控作用，对高铝含量铸轧镁合金第二相均匀化调控效果显著，可获得均匀弥散分布的细小近球状第二相；

4)该方法在轧制流程中加入了降温轧制环节，在调控第二相形貌的同时，也限制了晶粒尺寸的长大，获得了细晶组织，提高了材料室温强韧性，并具有高温超塑性；

5)该方法采用热处理和普通轧制相结合，达到高铝含量铸轧镁合金板材第二相均匀化目的，无严苛的环境要求和非常规的加工手段，可直接应用于实际生产当中，企业对接性强，适合批量生产；

6)该方法同时适合于高铝含量、高体积分数第二相的难变形挤压、锻造等镁合金，具有普适性。

附图说明

图1是高铝含量铸轧镁合金的偏析组织照片。

图2是高铝含量铸轧镁合金的偏析组织放大照片。

图3是经本发明制备方法处理后获得的均匀组织照片。

具体实施方式

实施例1：

(1)升温阶梯固溶处理：将铸轧atz821镁合金坯料进行阶段一固溶，该阶段一固溶温度为400℃，保温时间为24h，之后升温进行阶段二固溶，该阶段二固溶温度为430℃，保温时间为16h，获得第二相充分固溶坯料；

(2)高温多道次轧制变形：将步骤(1)中所述第二相充分固溶坯料进行10道次高温轧制变形，每道次的压下量为11％，每道次前在350℃的温度下短时保温10min，轧制加工获得镁合金板材；

(3)降温多道次轧制变形：将步骤(2)中所述镁合金板材进行2道次降温轧制变形，每道次压下量为13％，每道次前在300℃的温度下短时保温8min,轧制加工获得相较初始坯料厚度总压下量为80％的镁合金薄板；

(4)再结晶退火处理：将步骤(3)中所述镁合金薄板进行温度为230-300℃，时间为60-180min的再结晶退火处理，获得具有均匀弥散分布的细小近球状第二相和细晶组织。

实施例2：

(1)升温阶梯固溶处理：将铸轧atz821镁合金坯料进行阶段一固溶，该阶段一固溶温度为380℃，保温时间为26h，之后升温进行阶段二固溶，该阶段二固溶温度为400℃，保温时间为18h，获得第二相充分固溶坯料；

(2)高温多道次轧制变形：将步骤(1)中所述第二相充分固溶坯料进行8道次高温轧制变形，每道次的压下量为15％，每道次前在380℃的温度下短时保温9min，轧制加工获得镁合金板材；

(3)降温多道次轧制变形：将步骤(2)中所述镁合金板材进行2道次降温轧制变形，每道次压下量为13％，每道次前在330℃的温度下短时保温6min,轧制加工获得相较初始坯料厚度总压下量为80％的镁合金薄板；

(4)再结晶退火处理：将步骤(3)中所述镁合金薄板进行温度为230-300℃，时间为60-180min的再结晶退火处理，获得具有均匀弥散分布的细小近球状第二相和细晶组织。

实施例3：

(1)升温阶梯固溶处理：将铸轧atz821镁合金坯料进行阶段一固溶，该阶段一固溶温度为350℃，保温时间为28h，之后升温进行阶段二固溶，该阶段二固溶温度为450℃，保温时间为12h，获得第二相充分固溶坯料；

(2)高温多道次轧制变形：将步骤(1)中所述第二相充分固溶坯料进行9道次高温轧制变形，每道次的压下量为12％，每道次前在300℃的温度下短时保温20min，轧制加工获得镁合金板材；

(3)降温多道次轧制变形：将步骤(2)中所述镁合金板材进行3道次降温轧制变形，每道次压下量为12％，每道次前在275℃的温度下短时保温20min,轧制加工获得相较初始坯料厚度总压下量为80％的镁合金薄板；

(4)再结晶退火处理：将步骤(3)中所述镁合金薄板进行温度为230-300℃，时间为60-180min的再结晶退火处理，获得具有均匀弥散分布的细小近球状第二相和细晶组织。

实施例4：

(1)升温阶梯固溶处理：将铸轧atz821镁合金坯料进行阶段一固溶，该阶段一固溶温度为320℃，保温时间为30h，之后升温进行阶段二固溶，该阶段二固溶温度为380℃，保温时间为20h，获得第二相充分固溶坯料；

(2)高温多道次轧制变形：将步骤(1)中所述第二相充分固溶坯料进行6道次高温轧制变形，每道次的压下量为20％，每道次前在390℃的温度下短时保温6min，轧制加工获得镁合金板材；

(3)降温多道次轧制变形：将步骤(2)中所述镁合金板材进行2道次降温轧制变形，每道次压下量为14％，每道次前在250℃的温度下短时保温25min,轧制加工获得相较初始坯料厚度总压下量为80％的镁合金薄板；

(4)再结晶退火处理：将步骤(3)中所述镁合金薄板进行温度为230-300℃，时间为60-180min的再结晶退火处理，获得具有均匀弥散分布的细小近球状第二相和细晶组织。

实施例5：

(1)升温阶梯固溶处理：将铸轧az91镁合金坯料进行阶段一固溶，该阶段固溶温度为400℃，保温时间为20h，之后升温进行阶段二固溶，该阶段固溶温度为430℃，保温时间为18h，获得第二相充分固溶坯料；

(2)高温多道次轧制变形：将步骤(1)中所述第二相充分固溶坯料进行10道次高温轧制变形，每道次的压下量为13％，每道次前在350℃的温度下短时保温15min，轧制加工获得镁合金板材；

(3)降温多道次轧制变形：将步骤(2)中所述镁合金板材进行3道次降温轧制变形，每道次压下量为10％，每道次前在310℃的温度下短时保温10min,轧制加工获得相较初始坯料厚度总压下量为80％的镁合金薄板；

(4)再结晶退火处理：将步骤(3)中所述镁合金薄板进行温度为230-300℃，时间为60-180min的再结晶退火处理，获得具有均匀弥散分布的细小近球状第二相和细晶组织。

实施例6；

(1)升温阶梯固溶处理：将铸轧az80镁合金坯料进行阶段一固溶，该阶段固溶温度为390℃，保温时间为24h，之后升温进行阶段二固溶，该阶段固溶温度为415℃，保温时间为20h，获得第二相充分固溶坯料；

(2)高温多道次轧制变形：将步骤(1)中所述第二相充分固溶坯料进行9道次高温轧制变形，每道次的压下量为12％，每道次前在330℃的温度下短时保温15min，轧制加工获得镁合金板材；

(3)降温多道次轧制变形：将步骤(2)中所述镁合金板材进行3道次降温轧制变形，每道次压下量为10％，每道次前在310℃的温度下短时保温10min,轧制加工获得相较初始坯料厚度总压下量为80％的镁合金薄板；

(4)再结晶退火处理：将步骤(3)中所述镁合金薄板进行温度为230-300℃，时间为60-180min的再结晶退火处理，获得具有均匀弥散分布的细小近球状第二相和细晶组织。

实施例7:

(1)升温阶梯固溶处理：将铸轧at82镁合金坯料进行阶段一固溶，该阶段固溶温度为400℃，保温时间为24h，之后升温进行阶段二固溶，该阶段固溶温度为420℃，保温时间为15h，获得第二相充分固溶坯料；

(2)高温多道次轧制变形：将步骤(1)中所述第二相充分固溶坯料进行8道次高温轧制变形，每道次的压下量为16％，每道次前在370℃的温度下短时保温10min，轧制加工获得镁合金板材；

(3)降温多道次轧制变形：将步骤(2)中所述镁合金板材进行道次降温轧制变形，每道次压下量为8％，每道次前在350℃的温度下短时保温5min,轧制加工获得相较初始坯料厚度总压下量为80％的镁合金薄板；

(4)再结晶退火处理：将步骤(3)中所述镁合金薄板进行温度为230-300℃，时间为60-180min的再结晶退火处理，获得具有均匀弥散分布的细小近球状第二相和细晶组织。

实施例8；

(1)升温阶梯固溶处理：将铸轧az61镁合金坯料进行阶段一固溶，该阶段固溶温度为300℃，保温时间为16h，之后升温进行阶段二固溶，该阶段固溶温度为350℃，保温时间为15h，获得第二相充分固溶坯料；

(2)高温多道次轧制变形：将步骤(1)中所述第二相充分固溶坯料进行6道次高温轧制变形，每道次的压下量为23％，每道次前在300℃的温度下短时保温18min，轧制加工获得镁合金板材；

(3)降温多道次轧制变形：将步骤(2)中所述镁合金板材进行2道次降温轧制变形，每道次压下量为15％，每道次前在250℃的温度下短时保温25min,轧制加工获得相较初始坯料厚度总压下量为80％的镁合金薄板；

(4)再结晶退火处理：将步骤(3)中所述镁合金薄板进行温度为230-300℃，时间为60-180min的再结晶退火处理，获得具有均匀弥散分布的细小近球状第二相和细晶组织。

将铸轧az61、at82、az80、az91、atz821等牌号镁合金，按照本发明制备方法进行处理，均可获得宏观形貌良好的镁合金板材。如图3所示，经过参数优化后，制备的atz821镁合金具有均匀弥散分布的细小近球状第二相，尺寸约为0.5μm，晶粒尺寸约为4μm。在室温下抗拉强度、屈服强度和拉伸应变量分别可达344mpa、245mpa和20％，具有室温高强韧性，同时具有高温超塑性，综合性能较佳。