CN108774723A - 一种超高强大块体纳米镁合金制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超高强大块体纳米镁合金制备方法。将镁合金半连续铸造锭坯进行均匀化处理后挤压成棒材,将挤压棒材进行旋锻变形,控制旋锻温度为0~300℃,控制道次变形量为5~20%,控制总变形量为10~80%,控制进料速度为1~8mm/min,每道次变形后改变进料方向,制得直径3~7mm、长1000~2000mm,平均晶粒尺寸为30~100nm的纳米镁合金,结合后续热处理合金室温抗拉强度≥700MPa,屈服强度≥650MPa,断后伸长率≥5%。
Description
技术领域
本发明涉及块体纳米材料制备领域,特别涉及超高强大块体纳米镁合金制备方法。
背景技术
镁合金具有低密度、高比强度、高比刚度、高阻尼等优点,作为新一代轻质结构材料,其优异的减重特性对航空航天、交通运输等领域具有重要意义。我国镁资源极其丰富,其广泛应用有助于我国发挥资源优势、进一步提升国际话语权。然而现有镁合金力学性能偏低,难以满足航空航天等领域对于高性能材料的需求,因而提高镁合金强度、制备高强甚至超高强镁合金是镁合金研究的重要目标。制备块体纳米材料是金属材料有效的强化途径,通过将镁合金纳米化可显著提高其强度,制备块体纳米镁合金对超高镁合金材料制备有重要意义。然而,目前制备块体纳米镁合金的方法匮乏,急需开发块体纳米镁合金制备新方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种超高强大块体纳米镁合金制备方法。先采用半连续铸造方法制取镁合金锭坯,将镁合金锭坯进行均匀化热处理后挤压成棒材,然后对挤压棒材进行旋锻变形。采用此方法制得的纳米镁合金平均晶粒尺寸为30~100nm,所得纳米镁合金成品尺寸为直径3~7mm、长1000~2000mm,结合后续热处理合金室温抗拉强度≥700MPa,屈服强度≥650MPa,断后伸长率≥5%。
本发明超高强大块体纳米镁合金制备方法,包括以下具体步骤:
a.采用半连续铸造方法制取镁合金锭坯;
b.将镁合金锭坯进行均匀化热处理,将均匀化处理后的坯料挤压成棒材;
c.将挤压棒材进行旋锻变形,控制旋锻温度为0~300℃,控制道次变形量为5~20%,控制旋锻总变形量为10~80%,控制进料速度为1~8mm/min;
d.将所制得纳米镁合金进行时效热处理。
所述的旋锻变形,控制旋锻温度为0~200℃。
所述的旋锻变形,控制道次变形量为5~15%。
所述的旋锻变形,控制旋锻总变形量为30~60%。
所述的旋锻变形,控制进料速度为3~6mm/min。
本发明的优点有:
1)将挤压棒材进行旋锻变形。一方面,旋锻变形可实现高的静水压应力,降低镁合金的开裂倾向,提高可实现的总变形量;另一方面,旋锻变形可实现高的应变速率,高应变速率可提高镁合金开裂前可累积的位错密度、高密度位错诱发镁合金内部形成纳米量级亚结构、进而形成纳米晶,旋锻变形是形成纳米晶的关键步骤。
2)通过控制旋锻变形工艺参数获得大块体纳米镁合金。旋锻变形时温度过高易发生再结晶和晶粒长大;温度过低易导致变形不均匀、棒材心部内应力剧增,诱发开裂。通过大量试验探索表明,在0~300℃旋锻变形,可形成平均尺寸为30~100nm纳米晶。合理的旋锻总变形量也是获得纳米镁合金的重要保障,总变形量过低时,仅可在局部形成超细晶组织,难以形成纳米晶,而变形量过高则容易导致合金开裂。大量试验探索表明,旋锻总变形量在10~80%时,才可获得大块体纳米镁合金。
3)采用半连续铸造方法制取镁合金锭坯,可减少夹杂、气孔、疏松、中心裂纹等缺陷,控制缺陷数量可降低其在后续变形过程中的开裂倾向、提高镁合金在旋锻变形过程中的成形性、提高可实现的旋锻总变形量、降低可采用的旋锻温度,进而降低纳米镁合金成品晶粒尺寸。采用挤压变形制备旋锻坯料,可进一步降低合金缺陷数量、减小缺陷尺寸,缺陷减少、缺陷尺寸降低有助于提高可实现的旋锻总变形量、降低可采用的旋锻温度,进而降低纳米镁合金成品晶粒尺寸。
具体实施方式
实施例1
a.采用半连续铸造方法制备镁合金锭坯,并进行均匀化热处理;
b.将均匀化处理后的合金坯料挤压成棒材;
c.将挤压棒材在25℃进行旋锻变形,道次变形量分别为10%、10%、15%,总变形量为31%,控制进料速度为3mm/min,所得纳米镁合金平均晶粒尺寸为30nm、成品尺寸为直径3.5mm、长1500mm;
d.将旋锻棒材进行时效热处理。
根据GB/T228-2002对所得纳米镁合金进行力学性能测试,结果见表1。
实施例2
a.采用半连续铸造方法制备镁合金锭坯,并进行均匀化热处理;
b.将均匀化处理后的合金坯料进行挤压变形,使得棒材平均晶粒尺寸约为17μm;
c.将挤压棒材在150℃进行旋锻变形,道次变形量分别为10%、10%、15%,总变形量为31%,控制进料速度为5mm/min,所得纳米镁合金平均晶粒尺寸为50nm、成品尺寸为直径5mm、长2000mm;
d.将旋锻棒材进行时效热处理。
根据GB/T228-2002对所得纳米镁合金进行力学性能测试,结果见表1。
实施例3
a.采用半连续铸造方法制备镁合金锭坯,并进行均匀化热处理;
b.将均匀化处理后的合金坯料进行挤压变形,使得棒材平均晶粒尺寸约为14μm;
c.将挤压棒材在200℃进行旋锻变形,道次变形量分别为15%、15%、15%、10%,总变形量为45%,控制进料速度为6mm/min,所得纳米镁合金平均晶粒尺寸为70nm、成品尺寸为直径3mm、长1000mm;
d.将旋锻棒材进行时效热处理。
根据GB/T228-2002对所得纳米镁合金进行力学性能测试,结果见表1。
实施例4
a.采用半连续铸造方法制备镁合金锭坯,并进行均匀化热处理;
b.将均匀化处理后的合金坯料进行挤压变形,使得棒材平均晶粒尺寸约为17μm;
c.将挤压棒材在100℃进行旋锻变形,道次变形量分别为15%、15%、10%、10%,总变形量为41%,控制进料速度为3mm/min,所得纳米镁合金平均晶粒尺寸为50nm、成品尺寸为直径3.5mm、长1500mm;
d.将旋锻棒材进行时效热处理。
根据GB/T228-2002对所得纳米镁合金进行力学性能测试,结果见表1。
实施例5
a.采用半连续铸造方法制备镁合金锭坯,并进行均匀化热处理;
b.将均匀化处理后的合金坯料进行挤压变形,使得棒材平均晶粒尺寸约为17μm;
c.将挤压棒材在200℃进行旋锻变形,道次变形量分别为10%、15%、15%、15%,总变形量为45%,控制进料速度为5mm/min,所得纳米镁合金平均晶粒尺寸为80nm、成品尺寸为直径5mm、长1500mm;
d.将旋锻棒材进行时效热处理。
根据GB/T228-2002对所得纳米镁合金进行力学性能测试,结果见表1。
表1 纳米镁合金室温抗拉力学性能
Claims (5)
1.一种超高强大块体纳米镁合金制备方法,其特征在于:是采用半连续铸造方法制取镁合金锭坯,将锭坯均匀化处理后挤压成棒材,对挤压棒材进行旋锻变形,控制旋锻温度为0~300℃,控制道次变形量为5~20%,控制旋锻总变形量为10~80%,控制进料速度为1~8mm/min,每道次变形后改变进料方向,所得纳米镁合金平均晶粒尺寸为30~100nm,所得纳米镁合金成品尺寸为直径3~7mm、长1000~2000mm,将所得纳米镁合金进行时效热处理,合金室温抗拉强度≥700MPa,屈服强度≥650MPa,断后伸长率≥5%。
2.根据权利要求1所述超高强大块体纳米镁合金制备方法,其特征在于:所述旋锻变形,控制旋锻温度为0~200℃。
3.根据权利要求1所述超高强大块体纳米镁合金制备方法,其特征在于:所述旋锻变形,控制道次变形量为5~15%。
4.根据权利要求1所述超高强大块体纳米镁合金制备方法,其特征在于:所述旋锻变形,控制旋锻总变形量为30~60%。
5.根据权利要求1所述超高强大块体纳米镁合金制备方法,其特征在于:所述旋锻变形,控制进料速度为3~6mm/min。
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