[发明专利]一种高强韧镁合金棒材的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及镁合金材料加工方法，尤其涉及一种高强韧镁合金棒材的制备方法。

背景技术

镁合金具有比重轻、比强度高、耐冲击性能和抗震性能良好、电磁屏蔽性能和切削加工性能优良等特点，被誉为21世纪可绿色回收且不污染环境的清洁金属结构材料，尤其是在实现产品构件/零件的轻量化上，具有不可替代的优势。随着高新武器装备、交通工具、电子产品等向轻质、高性能方向发展，镁合金在航空航天器、武器装备、汽车、电子产品等领域的应用前景将越来越广泛。在这些工业领域中使用的结构件基本要承受正应力、剪应力，或者两者共同作用，从而导致构件的提前失效，这就对高比强度、高塑性的镁合金材料提出了迫切需求。

由于镁及镁合金在凝固温度以下至室温没有相变发生，并且合金元素的固溶度较低，同时又缺乏有效的强化相，在镁合金成分设计中通常考虑用相变强化、固溶强化及第二相强化方法提高综合力学性能指标，但其成效不显著；镁属于密排六方晶体结构，在室温下只有一组基面滑移系可以开动，因而塑性较差，难以进行塑性成形加工，其应用范围受到了一定程度的限制，致使镁合金达不到铝合金应用的普及水平。因此，提高镁合金材料的塑性和强度已成为科技工作者研究的热点和重点。

目前世界各国在这一领域的科技工作者都致力于改善或提高镁合金强度与塑性的研究。根据经典的Hall-Petch理论可知，只有使镁合金晶粒细化到10μm以下时，才有可能大幅提高镁合金的塑性和强度，这样的镁合金材料才有利于后续的冷成形或等温成形，才能够塑性成形出不同规格、形状的高性能镁合金构件，拓宽镁合金的应用范围。据现有文献资料研究表明，深度塑性变形有利于晶粒细化，采用快速凝固粉末包套挤压或热轧、机械合金化粉末包套挤压或热轧、等通道角式挤压(ECAE)等方法，可以使镁合金晶粒细化到亚微米数量级，但是其制备方法中的工艺过程与模具结构复杂，且成本相对较高，故还不能满足工程化应用批量生产的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强韧镁合金棒材的制备方法，该方法有利于大幅提高镁合金的强度、塑性等力学性能指标。

本发明的目的是这样实现的：

一种高强韧镁合金棒材的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：

（1）将直径为300～400mm的镁合金铸坯进行固溶处理，使其在非平衡凝固过程中形成的第二相Mg₁₇Al₁₂化合物完全固溶于镁基体；

（2）采用常规的卧式挤压机，并根据所要制备的不同直径的棒材的规格，该卧式挤压机配套相应的挤压套筒，该挤压设备的吨位为3600t，并将润滑剂涂抹到铸坯与挤压套筒表面之后进行等温挤压成形。实际应用中，根据所选用的不同规格、牌号的镁合金铸坯进行调控挤压设备的挤压力，以控制挤压速率。

上述等温挤压过程分两步挤压进行，其具体操作为：

①将固溶处理后的镁合金铸坯加热到300℃～400℃，保温至少60min；将模具预热至温度为270℃～390℃；设置挤压比为9～64，挤压速率为5～7mm/s进行挤压，并于挤压后空冷；

②将进行步骤①挤压后所得的坯料加热到80℃～100℃，保温至少30min；将模具预热至温度为80℃～100℃；设置挤压比为4～49，挤压速率为1～2mm/s进行挤压。该镁合金坯料经第一步挤压变形后，其晶粒组织得以改善，其变形抗力显著降低；第二步挤压变形则通过降低挤压温度、挤压速率，在较低的变形温度和挤压速率下获得了细晶镁合金，进一步提高了镁合金的综合力学性能。

上述镁合金，具体选用的是AZ91D镁合金、AZ80镁合金、AZ61D镁合金或AZ31D镁合金，其他ZK、AM系列镁合金亦可适应。

上述固溶处理，其具体是在温度为413℃±5℃的条件下，将镁合金铸坯保温处理至少24h。因为在铸坯非平衡凝固过程中形成的化合物Mg₁₇Al₁₂，在铸锭中一般分布在晶界，需通过固溶处理使其溶解于镁基体，以改善铸坯化学成分、力学性能的均匀性。

上述润滑剂，具体选用按照质量百分含量为5～15%的二硫化钼（MoS₂）和余量的汽缸油的混合物作为润滑剂，以涂抹到铸坯与挤压套筒表面进行挤压，以降低坯料与套筒间的摩擦力，提高镁合金挤压材料的表面质量。

本发明具有以下有益效果：