CN101586223A - 含稀土变形镁合金的塑性成型方法 - Google Patents

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Abstract

一种金属材料加工技术领域的含稀土变形镁合金的塑性成型工艺，包括：通过熔炼得到变形镁合金，并对该变形镁合金进行热处理后再进行去皮处理；然后将经过去皮处理后的变形镁合金进行预热处理；最后取出预热后的变形镁合金进行：挤压工艺处理、轧制工艺处理或热轧工艺处理以实现塑性工艺。本发明通过添加合金元素及改变塑性成形工艺条件，获得满足实际应用要求的高塑性变形镁稀土合金，制得的此类镁合金具有比传统变形镁合金优越的塑性及很好的拉压对称性上，同时保证成本低廉，可以通过控制成分及工艺达到实际需要，利于更广泛的应用。

Description

含稀土变形镁合金的塑性成型方法
技术领域
本发明涉及的是一种金属材料加工技术领域的方法，具体是一种含稀土变形镁合金的塑性成型方法。
背景技术
镁作为最轻的结构材料，同时还具有高比刚度、比强度、易于回收等优点。通过在纯镁中添加Al、Mn、Zn及稀土元素等(总量通常少于15wt％)，镁合金广泛应用于工业及交通运输业。镁铸件通常存在缩松、缩孔和夹杂等铸造缺陷，使得其强度和延伸率并不能满足许多领域的实际应用。为了使镁合金能更广泛的应用于结构件，需要镁合金具有更高的强度和延伸率。变形镁合金比铸造镁合金具有更高的强度，但是受成型性能及低塑性的影响，变形镁合金的应用远没有铸造镁合金广泛。
经过对现有技术的检索发现，Kim W.J等在“Texture development and itseffect on mechanical properties of an AZ61 Mg alloy favricated by equalchannel angular pressing(等角挤压制备AZ61镁合金的织构演变及其对AZ61力学性能的影响)，Acta Materialia 51(2003)3293-3307”公开文献中记载：在传统变形镁合金中，强烈的基面织构方向使得变形镁合金在室温下的成型性能受到很大限制，通过改变镁合金的织构可以提高其成型性能及塑性。等通道挤压(ECAE)是一种常采用的控制挤压态镁合金织构的非常规挤压工艺。经过不同道次后，合金的组织得到不同程度的细化，织构发生变化，合金的综合性能得到提高。但是ECAE工艺流程复杂，目前还未能实现产业化。所以，急需开发新的变形合金，通过常规的挤压方式就具有良好的塑性。
大量的研究表明了Nd、Ce等稀土元素的添加，可以使得镁合金在经过塑性变形后，弱化织构，优化织构类型，最终达到提高塑性的目的。
又经检索发现，美国专利申请号US20090028743，“FORMING MAGNESIUM ALLOYSWITH IMPROVED DUCTILITY(高塑性镁合金的制备)”，记载了一种采用在纯镁中添加Ce来改善挤压后的塑性及其成型性能的方法，拉压不对称性也得到了大幅改善，但是强度较低。
再经检索发现，中国专利授权公告号CN100335666C，记载了一种“含稀土高强度铸造镁合金及其制备方法”，其中：含2.5～3.6％Nd、0.35～0.8％Zr、0～0.4％Zn、0～0.5％Ca，杂质元素Si、Fe、Cu和Ni等总量≤0.02wt％，其余为Mg的铸造镁合金具有比传统商业铸造镁合金更优秀的室温力学性能，但其塑性仍未能满足对高塑性的要求。
综上所述，现阶段急需一种将镁合金通过控制成分及塑性成型工艺开发成高塑性变形镁合金的低成本方法。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种含稀土变形镁合金的塑性成型方法，通过添加合金元素及改变塑性成形工艺条件，获得满足实际应用要求的高塑性变形镁稀土合金，制得的此类镁合金具有比传统变形镁合金优越的塑性及很好的拉压对称性上，同时保证成本低廉，可以通过控制成分及工艺达到实际需要，利于更广泛的应用。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明涉及含稀土变形镁合金的塑性成型方法，包括以下步骤：
第一步、通过熔炼得到变形镁合金，该变形镁合金的组分及质量百分比为：1.5～3.6％的Nd、0.3～0.6％的Zr、0～0.5％的Zn、0～1.0％的重金属元素、0～0.02％的杂质元素，余量为Mg，对该变形镁合金进行热处理后再进行去皮处理。
所述的杂质元素是指：Si、Fe、Cu或Ni中的一种或其组合。
所述的重金属元素是指：Ti、V或Mn中的一种或其组合。
所述的热处理是指：将变形镁合金置于530℃~540℃下保温4~10小时。
所述的去皮处理是指：采用车床对热处理后的变形镁合金去除表面氧化皮。
第二步、将经过去皮处理后的变形镁合金进行预热处理：将变形镁合金和模具一同置于在200℃～500℃环境下20分钟至2小时，预热温度与预定的变形温度一致。
所述的模具是指挤压时不同挤压比对应的模具，该模具包括凸模和凹模，其中：凸模将合金由料筒中挤入凹模中，最后挤出。
第三步、取出预热后的变形镁合金进行：挤压工艺处理、轧制工艺处理或热轧工艺处理以实现塑性工艺。
所述的挤压工艺处理是指：将预热后的变形镁合金置于模具中进行挤压工艺处理：选定的挤压温度范围为200℃～500℃，挤压比范围：7∶1～28∶1，挤压速率范围1～100mm/s，棒材空冷或水冷。
所述的轧制工艺处理是指：选定的轧制温度范围200℃～450℃，对预热后的变形镁合金进行轧制，单次压下量为10％～70％，总变形量为10％～90％，总道次为6～12道次，变形速率为5～20m/min，轧板空冷或水冷。
所述的热轧工艺处理是指：选定的轧制温度范围为250℃～450℃，对预热后的变形镁合金进行热轧，总变形量为20％～60％，锻压件空冷或水冷。
经过本发明涉及的塑性成形工艺制备后，该含稀土镁合金的延伸率的变化幅度分别为10％～40％，其塑性与现有技术相比显著提高。
附图说明
图1为实施例1制备所得镁合金的室温拉伸压缩曲线；
图2为实施例2制备所得镁合金的室温拉伸压缩曲线；
图3为实施例3制备所得镁合金的室温拉伸压缩曲线；
图4为实施例4制备所得镁合金的室温拉伸压缩曲线；
图5为实施例5制备所得镁合金的室温拉伸压缩曲线；
图6为实施例6制备所得镁合金的室温拉伸压缩曲线。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1通过挤压工艺处理制备Mg-Nd-Zn-Zr合金的塑性成形工艺
(1)通过熔炼得到变形镁合金，该变形镁合金的组分及质量百分比为：3.0％Nd、0.5％Zn以及0.5％Zr的Mg-Nd-Zn-Zr铸态合金，对该铸态合金进行热处理，温度为530℃，时间10小时，冷水淬水，热处理后去皮；
(2)对去皮后的Mg-Nd-Zn-Zr合金在200℃下预热2小时；
(3)在200℃下利用1mm/s的速率和7∶1的挤压比进行挤压，挤出物直接水冷。
如图1所示，为所得镁合金的室温拉伸压缩曲线，该Mg-Nd-Zn-Zr合金挤压态的室温力学性能为：
抗拉强度：339.58MPa，屈服强度：332.83MPa，延伸率：13.72％，压缩屈服强度：223.43MPa；
屈服拉压不对称性：48.96％，拉伸屈强比：0.980。
实施例2通过挤压工艺制备Mg-Nd-Zn-Zr-Ti合金的塑性成形工艺
(1)通过熔炼得到变形镁合金，该变形镁合金的组分及质量百分比为：3.0％Nd、0.2％Zn、0.3％Zr以及0.5％Ti的Mg-Nd-Zn-Zr-Ti铸态合金，对该铸态合金进行热处理，温度为530℃，时间10小时，冷水淬水，热处理后去皮；
(2)对去皮的Mg-Nd-Zn-Zr-Ti合金在400℃下预热0.5小时；
(3)在400℃下利用50mm/s的速率和28∶1的挤压比进行挤压，挤出物空冷。
如图2所示，为所得镁合金的室温拉伸压缩曲线，该Mg-Nd-Zn-Zr-Ti合金挤压态的室温力学性能为：
抗拉强度：227.03MPa，屈服强度：163.88MPa，延伸率：28.97％，压缩屈服强度：157.62MPa；
屈服拉压不对称性：3.976％，拉伸屈强比：0.722。
实施例3通过挤压工艺处理制备Mg-Nd-Zn-Zr-V以及Mg-Nd-Zn-Zr-Ca合金的塑性成形工艺
(1)通过熔炼得到变形镁合金，该变形镁合金的组分及质量百分比为：2.5％Nd、0.2％Zn、0.6％Zr以及0.3％V或Ca的Mg-Nd-Zn-Zr-V或Mg-Nd-Zn-Zr-Ca铸态合金，对该铸态合金进行热处理，温度为540℃，时间10小时，冷水淬水，热处理后去皮；
(2)对去皮后的Mg-Nd-Zn-Zr-V或Mg-Nd-Zn-Zr-Ca合金在500℃下预热20分钟；
(3)在500℃下利用10mm/s的速率和9∶1的挤压比进行挤压，挤出物直接水冷。
如图3所示，为所得镁合金的室温拉伸压缩曲线，该Mg-Nd-Zn-Zr-V或Mg-Nd-Zn-Zr-Ca合金挤压态的室温力学性能为：
抗拉强度：222.01MPa，屈服强度：151.68MPa，延伸率：42.94％，压缩屈服强度：144.77MPa；
屈服拉压不对称性：4.77％，拉伸屈强比：0.683。
实施例4通过挤压工艺处理制备Mg-Nd-Zn-Zr合金的塑性成型工艺
(1)通过熔炼得到变形镁合金，该变形镁合金的组分及质量百分比为：3.6％Nd、0.2％Zn以及0.5％Zr的Mg-Nd-Zn-Zr铸态合金，对该铸态合金进行热处理，温度为400℃，时间2小时，冷水淬水，热处理后去皮；
(2)对去皮的Mg-Nd-Zn-Zr合金在300℃下预热20分钟；
(3)在300℃下利用100mm/s的速率和16∶1的挤压比进行挤压，挤出物直接水冷。
如图4所示，为所得镁合金的室温拉伸压缩曲线，该Mg-Nd-Zn-Zr合金挤压态的室温力学性能为：
抗拉强度：220.45MPa，屈服强度：168.98MPa，延伸率：30.83％，压缩屈服强度：175.31MPa；
屈服拉压不对称性：-3.61％，拉伸屈强比：0.767。
实施例5通过挤压工艺处理制备Mg-Nd-Zn-Zr-Mn合金的塑性成型工艺
(1)通过熔炼得到变形镁合金，该变形镁合金的组分及质量百分比为：1.5％Nd、0.5％Zn、0.4％Zr以及1.0％Mn的Mg-Nd-Zn-Zr-Mn铸态合金，对该铸态合金进行热处理，温度为400℃，时间2小时，冷水淬水，热处理后去皮；
(2)对去皮的Mg-Nd-Zn-Zr-Mn合金在300℃下预热20分钟；
(3)在300℃下利用80mm/s的速率和9∶1的挤压比进行挤压，挤出物水冷。
如图5所示，为所得镁合金的室温拉伸压缩曲线，该Mg-Nd-Zn-Zr-Mn合金挤压态的室温力学性能为：
抗拉强度：239.86MPa，屈服强度：197.94MPa，延伸率：28.23％，压缩屈服强度：177.35MPa；
屈服拉压不对称性：11.61％，拉伸屈强比：0.825。
实施例6通过轧制工艺处理制备Mg-Nd-Zn-Zr合金的塑性成型工艺
(1)通过熔炼得到变形镁合金，该变形镁合金的组分及质量百分比为：3.0％Nd、0.2％Zn以及0.6％Zr的Mg-Nd-Zn-Zr铸态合金，对该铸态合金进行热处理，温度为350℃，时间2小时，冷水淬水，热处理后去皮；
(2)对去皮的Mg-Nd-Zn-Zr合金在350℃下预热25分钟；
(3)在350℃下，以单次压下量为30％，总变形量为50％，5道次，10mm/min的速率进行轧制，轧板水冷。
如图6所示，为所得镁合金的室温拉伸压缩曲线，该Mg-Nd-Zn-Zr合金挤压态的室温力学性能为：
抗拉强度：286.18MPa，屈服强度：274.74MPa，延伸率：18.08％，压缩屈服强度：194.98MPa；
屈服拉压不对称性：36.69％，拉伸屈强比：0.960。

Claims (9)

1、一种含稀土变形镁合金的塑性成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步、通过熔炼得到变形镁合金，该变形镁合金的组分及质量百分比为：1.5～3.6％的Nd、0.3～0.6％的Zr、0～0.5％的Zn、0～1.0％的重金属元素、0～0.02％的杂质元素，余量为Mg，对该变形镁合金进行热处理后再进行去皮处理；
第二步、将经过去皮处理后的变形镁合金进行预热处理：将变形镁合金和模具一同置于在200℃～500℃环境下20分钟至2小时，预热温度与预定的变形温度一致；
第三步、取出预热后的变形镁合金进行：挤压工艺处理、轧制工艺处理或热轧工艺处理以实现塑性工艺。
2、根据权利要求1所述的含稀土变形镁合金的塑性成型方法，其特征是，所述的杂质元素是指：Si、Fe、Cu或Ni中的一种或其组合。
3、根据权利要求1所述的含稀土变形镁合金的塑性成型方法，其特征是，所述的重金属元素是指：Ti、V或Mn中的一种或其组合。
4、根据权利要求1所述的含稀土变形镁合金的塑性成型方法，其特征是，所述的热处理是指：将变形镁合金置于530℃~540℃下保温4~10小时。
5、根据权利要求1所述的含稀土变形镁合金的塑性成型方法，其特征是，所述的去皮处理是指：采用车床对热处理后的变形镁合金去除表面氧化皮。
6、根据权利要求1所述的含稀土变形镁合金的塑性成型方法，其特征是，所述的模具包括凸模和凹模，其中：凸模将合金由料筒中挤入凹模中，最后挤出。
7、根据权利要求1所述的含稀土变形镁合金的塑性成型方法，其特征是，所述的挤压工艺处理是指：将预热后的变形镁合金置于模具中进行挤压工艺处理：选定的挤压温度范围为200℃～500℃，挤压比范围：7∶1～28∶1，挤压速率范围1～100mm/s，棒材空冷或水冷。
8、根据权利要求1所述的含稀土变形镁合金的塑性成型方法，其特征是，所述的轧制工艺处理是指：选定的轧制温度范围200℃～450℃，对预热后的变形镁合金进行轧制，单次压下量为10％～70％，总变形量为10％～90％，总道次为6～12道次，变形速率为5～20m/min，轧板空冷或水冷。
9、根据权利要求1所述的含稀土变形镁合金的塑性成型方法，其特征是，所述的热轧工艺处理是指：选定的轧制温度范围为250℃～450℃，对预热后的变形镁合金进行热轧，总变形量为20％～60％，锻压件空冷或水冷。
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