[發(fā)明專利]一種高強(qiáng)韌鎂合金棒材的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210137727.5
• 申請日: 2012-05-07
• 公開（公告）號: CN103388115A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳強(qiáng);舒大禹;趙祖德;胡傳凱;黃樹海;林軍;趙志翔;萬元元
• 申請（專利權(quán)）人: 中國兵器工業(yè)第五九研究所
• 主分類號: C22F1/06
• 分類號: C22F1/06;C21D8/06;C22C23/02
• 代理公司: 重慶弘旭專利代理有限責(zé)任公司 50209
• 代理人: 周韶紅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鎂合金材料加工方法，尤其涉及一種高強(qiáng)韌鎂合金棒材的制備方法。

背景技術(shù)

鎂合金具有比重輕、比強(qiáng)度高、耐沖擊性能和抗震性能良好、電磁屏蔽性能和切削加工性能優(yōu)良等特點，被譽(yù)為21世紀(jì)可綠色回收且不污染環(huán)境的清潔金屬結(jié)構(gòu)材料，尤其是在實現(xiàn)產(chǎn)品構(gòu)件/零件的輕量化上，具有不可替代的優(yōu)勢。隨著高新武器裝備、交通工具、電子產(chǎn)品等向輕質(zhì)、高性能方向發(fā)展，鎂合金在航空航天器、武器裝備、汽車、電子產(chǎn)品等領(lǐng)域的應(yīng)用前景將越來越廣泛。在這些工業(yè)領(lǐng)域中使用的結(jié)構(gòu)件基本要承受正應(yīng)力、剪應(yīng)力，或者兩者共同作用，從而導(dǎo)致構(gòu)件的提前失效，這就對高比強(qiáng)度、高塑性的鎂合金材料提出了迫切需求。

由于鎂及鎂合金在凝固溫度以下至室溫沒有相變發(fā)生，并且合金元素的固溶度較低，同時又缺乏有效的強(qiáng)化相，在鎂合金成分設(shè)計中通常考慮用相變強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化及第二相強(qiáng)化方法提高綜合力學(xué)性能指標(biāo)，但其成效不顯著；鎂屬于密排六方晶體結(jié)構(gòu)，在室溫下只有一組基面滑移系可以開動，因而塑性較差，難以進(jìn)行塑性成形加工，其應(yīng)用范圍受到了一定程度的限制，致使鎂合金達(dá)不到鋁合金應(yīng)用的普及水平。因此，提高鎂合金材料的塑性和強(qiáng)度已成為科技工作者研究的熱點和重點。

目前世界各國在這一領(lǐng)域的科技工作者都致力于改善或提高鎂合金強(qiáng)度與塑性的研究。根據(jù)經(jīng)典的Hall-Petch理論可知，只有使鎂合金晶粒細(xì)化到10μm以下時，才有可能大幅提高鎂合金的塑性和強(qiáng)度，這樣的鎂合金材料才有利于后續(xù)的冷成形或等溫成形，才能夠塑性成形出不同規(guī)格、形狀的高性能鎂合金構(gòu)件，拓寬鎂合金的應(yīng)用范圍。據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)資料研究表明，深度塑性變形有利于晶粒細(xì)化，采用快速凝固粉末包套擠壓或熱軋、機(jī)械合金化粉末包套擠壓或熱軋、等通道角式擠壓(ECAE)等方法，可以使鎂合金晶粒細(xì)化到亞微米數(shù)量級，但是其制備方法中的工藝過程與模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且成本相對較高，故還不能滿足工程化應(yīng)用批量生產(chǎn)的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種高強(qiáng)韌鎂合金棒材的制備方法，該方法有利于大幅提高鎂合金的強(qiáng)度、塑性等力學(xué)性能指標(biāo)。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

一種高強(qiáng)韌鎂合金棒材的制備方法，其特征在于，該制備方法包括以下步驟：

（1）將直徑為300～400mm的鎂合金鑄坯進(jìn)行固溶處理，使其在非平衡凝固過程中形成的第二相Mg₁₇Al₁₂化合物完全固溶于鎂基體；

（2）采用常規(guī)的臥式擠壓機(jī)，并根據(jù)所要制備的不同直徑的棒材的規(guī)格，該臥式擠壓機(jī)配套相應(yīng)的擠壓套筒，該擠壓設(shè)備的噸位為3600t，并將潤滑劑涂抹到鑄坯與擠壓套筒表面之后進(jìn)行等溫擠壓成形。實際應(yīng)用中，根據(jù)所選用的不同規(guī)格、牌號的鎂合金鑄坯進(jìn)行調(diào)控擠壓設(shè)備的擠壓力，以控制擠壓速率。

上述等溫擠壓過程分兩步擠壓進(jìn)行，其具體操作為：

①將固溶處理后的鎂合金鑄坯加熱到300℃～400℃，保溫至少60min；將模具預(yù)熱至溫度為270℃～390℃；設(shè)置擠壓比為9～64，擠壓速率為5～7mm/s進(jìn)行擠壓，并于擠壓后空冷；

②將進(jìn)行步驟①擠壓后所得的坯料加熱到80℃～100℃，保溫至少30min；將模具預(yù)熱至溫度為80℃～100℃；設(shè)置擠壓比為4～49，擠壓速率為1～2mm/s進(jìn)行擠壓。該鎂合金坯料經(jīng)第一步擠壓變形后，其晶粒組織得以改善，其變形抗力顯著降低；第二步擠壓變形則通過降低擠壓溫度、擠壓速率，在較低的變形溫度和擠壓速率下獲得了細(xì)晶鎂合金，進(jìn)一步提高了鎂合金的綜合力學(xué)性能。

上述鎂合金，具體選用的是AZ91D鎂合金、AZ80鎂合金、AZ61D鎂合金或AZ31D鎂合金，其他ZK、AM系列鎂合金亦可適應(yīng)。

上述固溶處理，其具體是在溫度為413℃±5℃的條件下，將鎂合金鑄坯保溫處理至少24h。因為在鑄坯非平衡凝固過程中形成的化合物Mg₁₇Al₁₂，在鑄錠中一般分布在晶界，需通過固溶處理使其溶解于鎂基體，以改善鑄坯化學(xué)成分、力學(xué)性能的均勻性。

上述潤滑劑，具體選用按照質(zhì)量百分含量為5～15%的二硫化鉬（MoS₂）和余量的汽缸油的混合物作為潤滑劑，以涂抹到鑄坯與擠壓套筒表面進(jìn)行擠壓，以降低坯料與套筒間的摩擦力，提高鎂合金擠壓材料的表面質(zhì)量。

本發(fā)明具有以下有益效果：