[發(fā)明專利]一種超細(xì)晶鎂合金棒材的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110301847.3
• 申請日: 2021-03-22
• 公開（公告）號: CN113512656A
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭瑞曉;呂紹元;肖文龍;馬朝利
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: C22C1/03
• 分類號: C22C1/03;C22C23/06;C22F1/06;B21C23/08
• 代理公司: 北京航智知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11668
• 代理人: 黃川;史繼穎

本發(fā)明公開了一種超細(xì)晶鎂合金棒材的制備方法，通過綜合優(yōu)化鑄態(tài)鎂合金的成分和改進(jìn)熱擠出處理的工藝，利用熱擠出處理過程中的動態(tài)再結(jié)晶和納米第二相的動態(tài)析出原理，發(fā)展一種工藝步驟簡單的、可連續(xù)制備大尺寸低織構(gòu)超細(xì)晶鎂合金的短流程方法，進(jìn)而實現(xiàn)高強高韌且力學(xué)性能各向同性鎂合金的可控制備。上述制備方法工藝流程短，僅需要對鎂合金進(jìn)行一次熱擠出處理即可獲得超細(xì)晶組織，還可實現(xiàn)超細(xì)晶鎂合金棒材的連續(xù)制備，生產(chǎn)效率高，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。采用上述制備方法可以獲得尺寸均勻的等軸超細(xì)晶組織，晶粒的再結(jié)晶程度高，織構(gòu)強度低，合金的力學(xué)性能接近各向同性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鎂合金制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超細(xì)晶鎂合金棒材的制備方法。

背景技術(shù)

鎂合金是目前工程應(yīng)用中密度最低的金屬結(jié)構(gòu)材料，在減重需求迫切的航空航天、交通運輸、電子器件等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

與常見的鋁、鐵等立方結(jié)構(gòu)金屬材料不同，鎂合金具有典型的密排六方(HCP)晶體結(jié)構(gòu)。HCP結(jié)構(gòu)的晶體對稱性差，室溫下各個潛在滑移系和孿晶系的臨界分切應(yīng)力差別大，這使得其在室溫條件下可開動的滑移系的數(shù)量不足(通常僅有基面滑移)，從而導(dǎo)致其室溫強度和塑性均遠(yuǎn)低于常見的鋁合金。通常，通過變形加工可以改善鑄態(tài)金屬的力學(xué)性能，然而，鎂合金在變形過程中很容易形成較強的基面織構(gòu)，這導(dǎo)致其存在顯著的力學(xué)性能各向異性，這也進(jìn)一步限制了其作為高性能結(jié)構(gòu)材料的廣泛應(yīng)用。

根據(jù)經(jīng)典的Hall-Petch關(guān)系，通過晶粒細(xì)化可以顯著提升金屬材料的力學(xué)性能，尤其當(dāng)晶粒尺寸細(xì)化到超細(xì)晶范疇(d＜1μm)時，材料的強度可獲得大幅的提升。然而，鎂合金熔點低、變形加工困難，現(xiàn)有的超細(xì)晶鎂合金制備技術(shù)還主要依賴于劇烈塑性變形等方法，如高壓扭轉(zhuǎn)、等通道轉(zhuǎn)角擠壓和多向鍛造等。例如，申請?zhí)朇N201210516981.6，名稱為“一種超細(xì)晶鎂合金薄板的高成材率加工方法”的專利，公開了鎂合金等通道擠壓后進(jìn)行軋制加工，得到超細(xì)晶鎂合金板材的方法，但這些工藝制備流程復(fù)雜，通常需要多個道次的擠出和軋制才能實現(xiàn)組織的細(xì)化，并且所制備的樣品通常為短棒狀或者薄片狀樣品，無法實現(xiàn)大尺寸超細(xì)晶鎂合金的高效率連續(xù)制備，此外，通過劇烈塑性變形技術(shù)制備的超細(xì)晶鎂合金通常含有高密度位錯等結(jié)構(gòu)缺陷，這使得其塑性變形能力較差，無法滿足工程上對材料強度和塑性的匹配需求。申請?zhí)?01610589439.1，名稱為“一種小變形量制備大塊納米晶鎂合金的方法”的專利公開了一種利用室溫冷軋變形和后續(xù)低溫短時熱處理工藝制備納米晶(40-100nm)Mg-Ag合金的方法，該方法只適用于特定的合金成分，并且所制備材料的屈服強度較低，只有120MPa。申請?zhí)?02010873447.5，名稱為“一種超細(xì)晶的變形鎂合金材料及其制備方法”的專利公開了一種通過簡單的反擠壓方法制備超細(xì)晶高稀土含量(稀土含量質(zhì)量比＞13％)鎂合金的專利，實施例給出的平均晶粒尺寸均為5-6μm，并不是國際上廣泛認(rèn)可的超細(xì)晶組織(d＜1μm)。

因此，迫切需要發(fā)展一種工藝流程簡單的、可連續(xù)制備低織構(gòu)超細(xì)晶鎂合金的方法。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種超細(xì)晶鎂合金棒材的制備方法，用以發(fā)展一種工藝流程簡單的、可連續(xù)制備低織構(gòu)超細(xì)晶鎂合金的方法。

本發(fā)明提供的一種超細(xì)晶鎂合金棒材的制備方法，包括如下步驟：

S1：將純鎂和多種鎂中間合金在感應(yīng)熔煉爐中熔化后，澆鑄，獲得鑄態(tài)鎂合金；其中，所述鑄態(tài)鎂合金中稀土元素的總質(zhì)量含量為6％～13％，Zn元素的質(zhì)量含量為0.2％～1.5％，Zr元素的質(zhì)量含量≤0.5％；

S2：將所述鑄態(tài)鎂合金放入箱式電阻爐中，在第一預(yù)設(shè)溫度下保溫預(yù)設(shè)時長后取出，放入水中冷卻，得到固溶態(tài)鎂合金；

S3：采用臥式擠壓機或者立式擠壓機，在擠出溫度為250℃～400℃、擠出速率為0.1mm/s～1.0mm/s、擠出比為15:1～50:1的條件下，對所述固溶態(tài)鎂合金進(jìn)行熱擠出處理，室溫冷卻后得到超細(xì)晶鎂合金棒材。