一種鎂合金棒材的加工方法
2023-06-13 08:11:36
一種鎂合金棒材的加工方法
【專利摘要】本發明提供了一種鎂合金棒材的加工方法，包括步驟：1)加工鎂合金棒材毛坯件；2)在預設扭轉溫度以及預設扭轉速度下對所述鎂合金棒材毛坯件進行預設表層切應變量的扭轉，使其產生扭轉塑性變形，獲得鎂合金棒材。本發明對鎂合金棒材毛坯件進行扭轉變形，通過調控扭轉方式，預設扭轉溫度、預設表層切應變量和扭轉速度，在扭轉切應力作用下，使鎂合金棒材毛坯件的初始織構、晶粒尺寸及位錯結構發生變化，從而有效改善鎂合金棒材的拉伸/壓縮強度，降低塑性各向異性，進而提高了鎂合金棒材的力學性能。
【專利說明】一種鎂合金棒材的加工方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及有色金屬加工【技術領域】，更具體地說，涉及一種鎂合金棒材的加工方法。
【背景技術】
[0002]金屬棒材是一種應用廣泛的型材。目前鎂合金棒材主要通過鑄造和擠壓的方式製備。鑄造鎂合金晶粒粗大且力學性能較差。相比而言，擠壓態鎂合金棒材的晶粒細小且具有更高的強度和塑性。然而，擠壓加工會使鎂合金產生較強的變形織構，從而導致鎂合金擠壓棒材具有較大的塑性各向異性，影響了鎂合金棒材的力學性能。
[0003]綜上所述，如何提高鎂合金棒材的力學性能，是目前本領域技術人員亟待解決的技術問題。
【發明內容】
[0004]有鑑於此，本發明的目的在於提供一種鎂合金棒材的加工方法，以提高鎂合金棒材的力學性能。
[0005]為了達到上述目的，本發明提供如下技術方案:
[0006]一種鎂合金棒材的加工方法，包括步驟:
[0007]I)加工鎂合金棒材毛坯件；
[0008]2)在預設扭轉溫度以及預設扭轉速度下對所述鎂合金棒材毛坯件進行預設表層切應變量的扭轉，使其產生扭轉塑性變形，獲得鎂合金棒材。
[0009]優選的，上述鎂合金棒材的加工方法中，所述步驟2)之後還包括步驟3):
[0010]對所述鎂合金棒材進行退火處理。
[0011]優選的，上述鎂合金棒材的加工方法中，所述步驟3)具體為:將所述鎂合金棒材加熱至溫度200°C -500°C，並保溫0.5h-3ho
[0012]優選的，上述鎂合金棒材的加工方法中，所述步驟2)中所述預設扭轉速度為Irpm-1Orpm ;所述預設扭轉溫度為25°C _400°C。
[0013]優選的，上述鎂合金棒材的加工方法中，所述步驟I)具體通過鑄造加工出所述鎂合金棒材毛坯件，且所述步驟2)中所述預設扭轉溫度為200°C -400°C，所述預設表層切應變量為 0.01-2.00。
[0014]優選的，上述鎂合金棒材的加工方法中，所述步驟I)中在用於鑄造所述鎂合金棒材毛坯件的原料中添加固溶元素。
[0015]優選的，上述鎂合金棒材的加工方法中，所述固溶元素為稀土金屬。
[0016]優選的，上述鎂合金棒材的加工方法中，所述步驟I)具體為:
[0017]首先鑄造出鎂合金毛坯件，然後通過擠壓成形將所述鎂合金毛坯件擠壓成棒材形狀；
[0018]且所述步驟2)中所述預設扭轉溫度為25°C -200°C，所述預設表層切應變量為0.0l-0.50ο
[0019]從上述的技術方案可以看出，本發明提供的鎂合金棒材的加工方法首先加工鎂合金棒材毛坯件；然後在預設扭轉溫度以及預設扭轉速度下對鎂合金棒材毛坯件進行預設表層切應變量的扭轉，使其產生扭轉塑性變形，獲得鎂合金棒材。
[0020]本發明對採用鎂合金棒材毛坯件進行扭轉變形，通過調控扭轉方式，預設扭轉溫度、預設表層切應變量和扭轉速度，在扭轉切應力作用下，使鎂合金棒材毛坯件的初始織構、晶粒尺寸及位錯結構發生變化，從而有效改善鎂合金棒材的拉伸/壓縮強度，降低塑性各向異性，進而提高了鎂合金棒材的力學性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0022]圖1是本發明一種實施例提供的鎂合金棒材的加工方法的流程示意圖；
[0023]圖2是本發明另一種實施例提供的鎂合金棒材的加工方法的流程示意圖；
[0024]圖3是本發明提供的鎂合金棒材扭轉變形過程中微觀組織及織構變化示意圖；
[0025]圖4是本發明實施例提供的鎂合金棒材扭轉不同應變量後的拉伸應力應變曲線示意圖；
[0026]圖5是本發明實施例提供的鎂合金棒材扭轉不同應變量後的壓縮應力應變曲線示意圖。
【具體實施方式】
[0027]本發明實施例提供了一種鎂合金棒材的加工方法，提高了鎂合金棒材的力學性會K。
[0028]為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0029]請參考附圖1-5，本發明實施例提供的鎂合金棒材的加工方法包括步驟:
[0030]S1、加工鎂合金棒材毛坯件；
[0031]具體的，本發明可以通過直接鑄造、擠壓成形或者其它加工方式如機械方法製備鎂合金棒材毛坯件。
[0032]S2、將上述鎂合金棒材置於扭轉設備上，在預設扭轉溫度以及預設扭轉速度下利用扭轉設備對鎂合金棒材毛坯件進行預設表層切應變量的扭轉，使其產生扭轉塑性變形，獲得儀合金棒材。
[0033]本發明對採用鎂合金棒材毛坯件進行扭轉變形，通過調控扭轉方式，預設扭轉溫度、預設表層切應變量和扭轉速度，在扭轉切應力作用下，使鎂合金棒材毛坯件的初始織構、晶粒尺寸及位錯結構發生變化，從而有效改善鎂合金棒材的拉伸/壓縮強度，降低塑性各向異性，進而提高了鎂合金棒材的力學性能。
[0034]此外，上述加工鎂合金棒材的加工方法還具有效率高、設備簡單以及成本低的優點。
[0035]為進一步改善鎂合金棒材拉伸壓縮時的塑性，上述實施例提供的鎂合金棒材的加工方法中，步驟S2之後還包括步驟S3:對鎂合金棒材進行退火處理。也就是說，本發明對鎂合金棒材毛坯件進行扭轉塑性變形後，還對鎂合金棒材進行退火處理，能夠去除殘餘應力和消除組織缺陷，改善鎂合金棒材的材料延展性和韌性。本領域技術人員可以理解的是，上述加工方法也可以不進行退火處理。
[0036]優選的，步驟S3具體為:將鎂合金棒材加熱至溫度200 °C -500 °C,並保溫0.5h-3ho也就是說，鎂合金棒材的退火條件為:在200°C -500°C以下保溫0.5h_3h，能夠使鎂合金棒材拉伸壓縮時具有較好的塑性。當然，根據不同的需求，上述加熱溫度以及保溫時間還可以為其他值，本發明對此不做具體限定。
[0037]為了確保鎂合金棒材發生塑性變形且不至於發生扭轉破斷，上述步驟S2的預設扭轉速度為Irpm-1Orpm(revolut1ns per minute的縮寫，轉每分)；預設扭轉溫度為250C -4000C ο本實施例將扭轉速率設定為慢速，能夠使應力集中充分得以釋放，防止因扭轉速度過快，鎂合金棒材邊部出現應力集中產生裂紋發生扭轉破斷，從而提高了鎂合金棒材的合格率。根據不同尺寸的鎂合金棒材，上述預設扭轉速度還可以為其他值，如llrpm，本發明對此不做具體限定。
[0038]如圖1所示，本發明一種具體的實施例中，步驟SI具體通過鑄造加工出鎂合金棒材毛坯件，且步驟S2中預設扭轉溫度為200°C -400°C，預設表層切應變量γ為0.01-2.00。上述範圍內的表層切應變量γ能夠確保鎂合金棒材發生塑性變形，同時確保扭轉變形過程中鎂合金棒材不發生破斷。
[0039]具體的，在加工平行段直徑為6_的鎂合金棒材(牌號為ΑΖ31)時，將鑄造態鎂合金棒材置於扭轉試驗機上，在300°C下以扭轉速度為4rpm，扭轉產生試樣表層切應變量γ為0.03-1.5的扭轉塑性變形。結果顯示，隨著扭轉變形量的增大，細小的再結晶晶粒的數量增加。可見，通過熱扭轉工藝可有效地細化鑄造態鎂合金棒材的晶粒尺寸，從而提高鎂合金棒材的力學性能。
[0040]優選的，上述實施例提供的鎂合金棒材的加工方法中，步驟SI中在用於鑄造鎂合金棒材毛坯件的原料中添加固溶元素。
[0041]本實施例通過添加固溶元素開發新型的商用固溶強化和析出強化鎂合金，進一步改善了鎂合金棒材的強韌性和各向異性。可替換的，本發明也可以不在鑄造原料中添加固溶原料，僅依靠步驟S2的扭轉塑性變形達到力學性能要求。
[0042]上述固溶元素為稀土金屬。也就是，在鑄造鎂合金棒材毛坯的過程中，在鎂合金原料中添加的Re (Rare earth的縮寫，稀土元素)，能夠產生較大的固溶和析出強化效果，改善鎂合金棒材的強韌性和各向異性。可替換的，上述固溶元素還可以為鋯，鑄造出ZK60 (Mg-6Zn-0.6Zr)——鎂鋅鋯合金，可以得到細晶粒的組織；也可以為鋁，鑄造出AZ91—一鎂鋁合金，以達到同樣的改善鎂合金棒材的強韌性和各向異性的效果，本實施例不再一一贅述。
[0043]如圖2所示，本發明另一種具體的實施例中，步驟SI』具體為:首先鑄造出鎂合金毛坯件，然後通過擠壓成形將鎂合金毛坯件擠壓成棒材形狀；且步驟S2』中預設扭轉溫度為25°C -200°C，預設表層切應變量γ為0.01-0.50。在本實施例的預設扭轉溫度區間的扭轉實驗，扭轉結束後可以選擇直接退火處理，提高鎂合金棒材的延伸率。
[0044]本發明可以對鎂合金毛坯件進行等徑角擠壓和/或不對稱擠壓，擠壓成形上述鎂合金棒材毛坯件。為了進一步提高鎂合金棒材的力學性能，本發明在鑄造出鎂合金毛坯件後，通過等徑角擠壓使鎂合金毛坯件進行塑性成形，擠壓成棒材形狀，從而產生細晶組織提高鎂合金棒材的強度和塑性。本發明也可以對鎂合金毛坯件進行不對稱擠壓，產生超細晶並弱化或改變鎂合金棒材的擠壓織構，進一步改善鎂合金棒材強韌性和各向異性。
[0045]具體的，在加工平行段直徑為6_的鎂合金棒材(牌號為AZ31)時，步驟S2』具體操作為:將擠壓態鎂合金棒材置於扭轉試驗機上，在室溫下以扭轉速度為2rpm，扭轉產生試樣表層切應變量γ為0.03-0.18的扭轉塑性變形。扭轉塑性變形後，通過步驟S3』對鎂合金棒材進行退火處理，退火條件為:在200°C -500°C以下保溫0.5h-3h，改善鎂合金棒材的材料延展性和韌性。
[0046]從附圖3微觀組織示意圖中可以看出，擠壓鎂合金棒材經過扭轉塑性變形後，鎂合金棒材微觀組織發生明顯變化，邊部組織明顯比心部組織紊亂。這是因為在切應力作用下鎂合金晶粒發生滑移和轉動，由於邊部切應力遠大於心部，導致邊部位錯密度更高、位錯結構更為繁雜，微觀組織更為紊亂。此外，靠近試樣表層的晶粒內部出現少量孿晶，而心部則無孿晶。可見，扭轉變形可調控鎂合金棒材的初始微觀組織。如圖3，γ = O對應的極圖所示，鎂合金初始棒材具有很強的擠壓織構。對比圖3中γ = 0.03, γ = 0.08，γ = 0.18所對應的圖可以看出，隨扭轉切應變量的增高，鎂合金晶體取向分布變得分散，初始擠壓織構被弱化。可見，扭轉變形可調控鎂合金棒材的初始織構。
[0047]同時，本實施例還對扭轉不同切應變量(γ = 0，γ = 0.03，γ = 0.08，γ = 0.18)的試樣進行拉伸和壓縮測試，測試結果見附圖4和圖5。附圖4和5表明，擠壓鎂合金棒材經過扭轉塑性變形後，拉伸和壓縮的屈服強度均有所提高，拉伸壓縮屈服不對稱性有所降低。可見，通過冷扭轉可以提高鎂合金棒材的拉伸/壓縮強度，同時降低其各向異性，從而提高了鎂合金棒材的力學性能。
[0048]本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
[0049]對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。
【權利要求】
1.一種鎂合金棒材的加工方法，其特徵在於，包括步驟: .1)加工鎂合金棒材毛坯件； .2)在預設扭轉溫度以及預設扭轉速度下對所述鎂合金棒材毛坯件進行預設表層切應變量的扭轉，使其產生扭轉塑性變形，獲得鎂合金棒材。
2.如權利要求1所述的鎂合金棒材的加工方法，其特徵在於，所述步驟2)之後還包括步驟3): 對所述鎂合金棒材進行退火處理。
3.如權利要求2所述的鎂合金棒材的加工方法，其特徵在於，所述步驟3)具體為:將所述鎂合金棒材加熱至溫度200°C _500°C，並保溫0.5h-3ho
4.如權利要求1所述的鎂合金棒材的加工方法，其特徵在於，所述步驟2)中所述預設扭轉速度為lrpm-10rpm ;所述預設扭轉溫度為25°C _400°C。
5.如權利要求4所述的鎂合金棒材的加工方法，其特徵在於，所述步驟1)具體通過鑄造加工出所述鎂合金棒材毛坯件，且所述步驟2)中所述預設扭轉溫度為200°C -400°C，所述預設表層切應變量為0.01-2.00。
6.如權利要求5所述的鎂合金棒材的加工方法，其特徵在於，所述步驟1)中在用於鑄造所述鎂合金棒材毛坯件的原料中添加固溶元素。
7.如權利要求6所述的鎂合金棒材的加工方法，其特徵在於，所述固溶元素為稀土金屬。
8.如權利要求4所述的鎂合金棒材的加工方法，其特徵在於，所述步驟1)具體為: 首先鑄造出鎂合金毛坯件，然後通過擠壓成形將所述鎂合金毛坯件擠壓成棒材形狀； 且所述步驟2)中所述預設扭轉溫度為25°C -200°C，所述預設表層切應變量為0.01_0.50。
【文檔編號】C22F1/06GK104498848SQ201510029162
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2015年1月21日 優先權日:2015年1月21日
【發明者】宋波, 郭寧 申請人:西南大學