[發明專利]一種超高強納米梯度鎂合金制備方法

在審

• 申請號: 201810740436.2
• 申請日: 2018-07-07
• 公開（公告）號: CN108774720A
• 公開（公告）日: 2018-11-09
• 發明（設計）人: 萬迎春;劉楚明;高永浩;郭學益;蔣樹農
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C22F1/06
• 分類號: C22F1/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種超高強納米梯度鎂合金制備方法。將鎂合金半連續鑄造錠坯進行均勻化處理后擠壓成棒材，將擠壓棒材進行旋鍛變形，控制旋鍛溫度為0~400℃，控制道次變形量為5~20%，總變形量為5~80%，控制進料速度為1~9mm/min，變形過程中進料方向保持不變，制得直徑3~30mm、長1000~2000mm的納米梯度鎂合金棒材，從棒材心部到邊沿晶粒尺寸由30~100nm逐漸增大至1~2μm，結合后續時效熱處理合金室溫抗拉強度≥520MPa，屈服強度≥450MPa，斷后伸長率≥8%。

技術領域

本發明屬于超高強鎂合金制備領域，特別涉及超高強納米梯度鎂合金制備方法。

背景技術

鎂合金具有低密度、高比強度、高比剛度、高阻尼等優點，作為新一代輕質結構材料，其優異的減重特性對航空航天、交通運輸等領域具有重要意義。然而現有鎂合金力學性能偏低，難以滿足航空航天等領域對于高性能材料的需求，因而提高鎂合金強度與韌性是鎂合金研究的重要目標。納米梯度金屬材料是近年來發展起來制備高強韌金屬材料的方法，探索制備納米梯度鎂合金新技術對高強韌鎂合金材料制備有重要意義。然而，目前制備納米梯度鎂合金的方法匱乏，繼續開發納米梯度鎂合金制備新方法。

發明內容

本發明在于提供一種超高強納米梯度鎂合金制備方法。先采用半連續鑄造方法制取鎂合金錠坯，將錠坯進行均勻化熱處理后擠壓成棒材，然后對擠壓棒材進行旋鍛變形。采用此方法制得的納米梯度鎂合金晶粒尺寸從心部到邊沿逐漸增大，心部晶粒尺寸為30~100nm，邊沿晶粒尺寸為1~2μm，所得納米梯度鎂合金棒材尺寸為直徑3~30mm、長1000~2000mm，結合后續時效熱處理合金室溫抗拉強度≥520MPa，屈服強度≥450MPa，斷后伸長率≥8%。

本發明超高強納米梯度鎂合金制備技術，包括以下具體步驟：

a．采用半連續鑄造方法制取鎂合金錠坯；

b． 將鎂合金錠坯進行均勻化熱處理，將均勻化處理后的坯料進行擠壓變形；

c．將擠壓棒材進行旋鍛變形，控制旋鍛溫度為0~400℃、道次變形量為5~20%、總變形量為5~80%，控制進料速度為1~9mm/min，變形過程中進料方向保持不變；

d．將所制得納米梯度鎂合金進行時效熱處理。

所述的旋鍛變形，控制旋鍛溫度為0~200℃。

所述的旋鍛變形，控制旋鍛總變形量為10~60%。

所述的旋鍛變形，控制進料速度為1~6mm/min。

本發明具有以下優點：

1)將擠壓棒材進行旋鍛變形。首先，旋鍛變形可實現高的靜水壓應力，降低鎂合金的開裂傾向，提高總變形量；其次，旋鍛變形可實現高的應變速率，高應變速率可提高鎂合金開裂前可累積的位錯密度、高密度位錯誘發鎂合金內部形成納米量級亞結構、進而形成納米晶；再次，旋鍛變形可在沿棒材直徑不同部位形成不同應力場，激發不同的變形機制，形成連續變化的組織，制得納米梯度鎂合金。最鎂合金進行旋鍛變形是在納米梯度組織的主要原因。

2)探索出合理的旋鍛變形參數。變形鎂合金組織由變形參數決定。旋鍛變形的變形速率較高，相較于其他低變形速率加工方式，例如擠壓、壓縮等方式更容易導致鎂合金開裂。選用合適的旋鍛變形參數才能保證在合金不開裂的前提下獲得納米鎂合金。旋鍛溫度過低、道次變形量過高，易造成局部應力集中過高，導致開裂。旋鍛溫度過高，變形過程中形成的亞結構尺寸過大，導致新生晶粒尺寸粗大，難以形成納米晶。道次變形量過低，變形集中在棒材表層，難以深入，難以在棒材內部形成納米晶?？傋冃瘟窟^低，獲得的納米晶含量過少，合金強度提高不明顯。隨著變形量增加，合金不斷硬化，塑性下降，合金開裂傾向更加明顯，因而總變形量過高同樣易導致合金開裂。大量試驗探索表明：將變形參數控制在旋鍛溫度0~400℃、道次變形量5~20%、旋鍛總變形量5~80%的范圍內，才可獲得納米梯度組織。