一種鎂合金晶粒細化方法與流程
2023-04-24 16:15:41 2
本發明涉及一種鎂合金晶粒細化方法。
背景技術：
鎂及鎂合金具有質輕、導熱導電性好、阻尼減震、電磁屏蔽等諸多優點，具有廣闊的應用前景。然而，由於鎂合金具有的密排六方（HCP）晶體結構的特點，室溫下獨立滑移系少，導致室溫塑性低，易形成基面織構，成型能力差，已成為阻礙鎂合金材料大規模應用的瓶頸問題。
傳統的鎂合金鍛造方法室溫變形能力差，通常需要在中高溫下進行變形，並輔以多次的中間退火，導致工藝複雜，成本高，所獲得的組織晶粒尺寸在微米級別以上，極大地制約了鎂合金材料的生產和應用。因此，發展出一種通過微觀組織及織構控制來改善鎂合金的微觀組織，從而提高鎂合金室溫塑性變形能力的新方法成為工程應用的當務之急。
技術實現要素：
本發明的目的在於針對現有技術不足，提供一種鎂合金晶粒細化方法。
為實現上述目的，本發明採用如下技術方案：
一種鎂合金晶粒細化方法，具體包括以下步驟：
（1）按照GB/T5154-2003標準生產加工，半連續鑄造後，在350℃-450℃之間進行熱軋開坯處理，然後在400℃退火校平；此時材料具有較強的基面織構，大部分晶粒取向平行於板材的軋製法向（ND）；
（2）在熱軋開坯板上設計正八稜柱體板材，並設置5個不同的變形方向，設板材的軋製法向為ND，板材的軋向為RD，板材的橫向為TD，與板材橫向成45°角的方向為45TD，與板材橫向成45°角的另一個方向為45TD』；
（3）加工變形製作正八稜柱體板材，並設置變形的循環方向，5個變形方向一個循環組合：ND- RD-45TD-TD-45TD』；首先沿ND方向變形，產生大量的一次壓縮孿晶和二次壓縮孿晶，使得晶粒中發生一次壓縮孿晶的片層取向偏離ND方向56°，發生二次壓縮孿晶的片層取向偏離ND方向38°，部分未發生孿生的晶粒還保留在ND方向；接著沿RD方向變形，使得ND方向的部分晶粒發生拉伸孿生轉到RD方向，並與上次變形產生的一次和二次壓縮孿晶相互交叉，初步分割原始晶粒；再沿45TD方向變形，使得ND方向的部分晶粒發生拉伸孿生轉到45TD方向，使得RD方向的晶粒發生一次和二次壓縮孿晶，新產生的孿晶與原有的孿晶再次相互交叉分割細化晶粒；接著沿TD方向變形，使得ND方向和RD方向的晶粒發生拉伸孿晶轉到TD方向，使得45TD方向的晶粒發生一次和二次壓縮孿晶，拉伸孿晶和壓縮孿晶再次相互作用分割晶粒；最後沿45TD』方向變形，使得ND和45TD方向的晶粒發生拉伸孿晶轉到45TD』方向，使得RD和TD方向的晶粒發生一次和二次壓縮孿晶，不同變形階段產生的壓縮孿晶和拉伸孿晶相互交叉，分割細化晶粒，完成一個循環；由於孿晶片層較窄，尤其是在不同孿晶片層交叉的位置應力集中明顯，形變儲存能較大，為下一步的退火處理提供了充足的再結晶驅動力；
（4）重複步驟（3）中的循環5~20次；
（5）經步驟（4）的多次循環多向變形的樣品，當累積變形量達到200%-300%時，再進行退火，獲得均勻細小的再結晶晶粒。
步驟（3）中的變形方式為室溫下採用單向壓縮或者單向鍛造。
步驟（3）中的變形速率為1mm/min~10mm/min。
步驟（5）中退火溫度為200 - 250℃，退火時間為20-30分鐘。
步驟（5）中退火後獲得的再結晶晶粒尺寸為700nm。
本發明的有益效果在於：本發明提供的鎂合金晶粒細化方法，板材採用特定方向組合變形，通過引入一次壓縮孿晶、二次壓縮孿晶和一次拉伸孿晶，充分發揮不同孿晶之間相互交叉分割來細化晶粒，在退火過程中，這些孿晶內部形變儲存能高，可提供豐富的形核位置，從而在短時間內可獲得均勻的再結晶小晶粒，並弱化鎂合金板材的基面織構，從而極大提高鎂合金板材的強度和成型性能。
附圖說明
圖1為正八稜柱板材的板材變形方向示意圖一；
圖2為正八稜柱板材的板材變形方向示意圖二；
在圖1和圖2中：方向1表示板材的軋製法向（ND），方向2表示板材的軋向（RD），方向3表示板材的橫向（TD），方向4表示與板材橫向成45°角的方向45TD，方向5表示與板材橫向成45°角的另一個方向45TD』。
具體實施方式
以下結合具體實施例對本發明做進一步說明，但本發明不僅僅限於這些實施例。
實施例
一種鎂合金晶粒細化方法，具體包括以下步驟：
（1）按照GB/T5154-2003標準生產加工，半連續鑄造後，在350℃-450℃之間進行熱軋開坯處理，然後在400℃退火校平；
（2）設計正八稜柱板材：在熱軋開坯板上設計正八稜柱體板材，使其具有5個不同的變形方向，如圖1所示，方向1表示板材的軋製法向（ND），方向2表示板材的軋向（RD），方向3表示板材的橫向（TD），方向4表示與板材橫向成45°角的方向45TD，方向5表示與板材橫向成45°角的另一個方向45TD』；
（3）多個變形方向組合：5個變形方向一個循環組合：ND-RD-45TD-TD-45TD』；首先沿ND方向變形，產生大量的一次壓縮孿晶和二次壓縮孿晶，使得晶粒中發生一次壓縮孿晶的片層取向偏離ND方向56°左右，發生二次壓縮孿晶的片層取向偏離ND方向38°左右，部分未發生孿生的晶粒還保留在ND方向；接著沿RD方向變形，使得ND方向的部分晶粒發生拉伸孿生轉到RD方向，並與上次變形產生的一次和二次壓縮孿晶相互交叉，初步分割原始晶粒；再沿45TD方向變形，使得ND方向的部分晶粒發生拉伸孿生轉到45TD方向，使得RD方向的晶粒發生一次和二次壓縮孿晶，新產生的孿晶與原有的孿晶再次相互交叉分割細化晶粒；接著沿TD方向變形，使得ND方向和RD方向的晶粒發生拉伸孿晶轉到TD方向，使得45TD方向的晶粒發生一次和二次壓縮孿晶，拉伸孿晶和壓縮孿晶再次相互作用分割晶粒；最後沿45TD』方向變形，使得ND和45TD方向的晶粒發生拉伸孿晶轉到45TD』方向，使得RD和TD方向的晶粒發生一次和二次壓縮孿晶，不同變形階段產生的壓縮孿晶和拉伸孿晶相互交叉，分割細化晶粒，完成一個循環；上述變形方式為室溫下採用單向壓縮或者單向鍛造，變形速率為1mm/min~10mm/min；
（4）重複步驟（3）中的循環5~20次；
（5）中溫退火處理：經過步驟（4）多次循環多向變形的樣品，當累積變形量達到200%-300%時，在200 - 250℃下進行20-30分鐘的退火，可獲得均勻細小的再結晶晶粒，平均晶粒尺寸可達到700nm。
下面給出具體的實施例：
實施例一：
從熱軋板坯取下的正八稜柱的尺寸為：上下表面為正八邊形，邊長為200mm；厚度也為200mm。在室溫下進行多向循環鍛造，應變速率1mm/min，一個循環方向組合為：ND-RD-45TD-TD-45TD』。首先沿ND方向變形10%，接著沿RD方向變形4%，再沿45TD方向變形8%，接著沿TD方向變形5%，最後沿45TD』方向變形5%，完成一個循環。一個變形組合可累計變形32%。此工藝可循環10次，累計變形量為320%。對變形後的樣品進行中溫短時間熱處理，退火溫度為200℃，退火時間為25分鐘，退火後可獲得晶粒尺寸為650-750nm的再結晶等軸晶組織。
實施例二：
從熱軋板坯取下的正八稜柱的尺寸為：上下表面為正八邊形，邊長為200mm；厚度也為200mm。在室溫下進行多向循環鍛造，應變速率5mm/min，一個循環方向組合為：ND-RD-45TD-TD-45TD』。首先沿ND方向變形12%，接著沿RD方向變形5%，再沿45TD方向變形10%，接著沿TD方向變形5%，最後沿45TD』方向變形5%，完成一個循環。一個變形組合可累計變形37%。此工藝可循環7次，累計變形量為259%。對變形後的樣品進行中溫短時間熱處理，退火溫度為250℃，退火時間為20分鐘，退火後可獲得晶粒尺寸為700-800nm的再結晶等軸晶組織。
實施例三：
從熱軋板坯取下的正八稜柱的尺寸為：上下表面為正八邊形，邊長為200mm；厚度也為200mm。在室溫下進行多向循環鍛造，應變速率10mm/min，一個循環方向組合為：ND-RD-45TD-TD-45TD』。首先沿ND方向變形15%，接著沿RD方向變形5%，再沿45TD方向變形5%，接著沿TD方向變形10%，最後沿45TD』方向變形5%，完成一個循環。一個變形組合可累計變形40%。此工藝可循環5次，累計變形量為200%。對變形後的樣品進行中溫短時間熱處理，退火溫度為200℃，退火時間為30分鐘，退火後可獲得晶粒尺寸為600-800nm的再結晶等軸晶組織。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。