[发明专利]一种超高强纳米梯度镁合金制备方法

说明书

本发明涉及一种超高强纳米梯度镁合金制备方法。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0~400℃，控制道次变形量为5~20%，总变形量为5~80%，控制进料速度为1~9mm/min，变形过程中进料方向保持不变，制得直径3~30mm、长1000~2000mm的纳米梯度镁合金棒材，从棒材心部到边沿晶粒尺寸由30~100nm逐渐增大至1~2μm，结合后续时效热处理合金室温抗拉强度≥520MPa，屈服强度≥450MPa，断后伸长率≥8%。

技术领域

本发明属于超高强镁合金制备领域，特别涉及超高强纳米梯度镁合金制备方法。

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。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与韧性是镁合金研究的重要目标。纳米梯度金属材料是近年来发展起来制备高强韧金属材料的方法，探索制备纳米梯度镁合金新技术对高强韧镁合金材料制备有重要意义。然而，目前制备纳米梯度镁合金的方法匮乏，继续开发纳米梯度镁合金制备新方法。

发明内容

本发明在于提供一种超高强纳米梯度镁合金制备方法。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梯度镁合金晶粒尺寸从心部到边沿逐渐增大，心部晶粒尺寸为30~100nm，边沿晶粒尺寸为1~2μm，所得纳米梯度镁合金棒材尺寸为直径3~30mm、长1000~2000mm，结合后续时效热处理合金室温抗拉强度≥520MPa，屈服强度≥450MPa，断后伸长率≥8%。

本发明超高强纳米梯度镁合金制备技术，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进行挤压变形；

c．将挤压棒材进行旋锻变形，控制旋锻温度为0~400℃、道次变形量为5~20%、总变形量为5~80%，控制进料速度为1~9mm/min，变形过程中进料方向保持不变；

d．将所制得纳米梯度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，控制旋锻总变形量为10~60%。

所述的旋锻变形，控制进料速度为1~6mm/min。

本发明具有以下优点：

1)将挤压棒材进行旋锻变形。首先，旋锻变形可实现高的静水压应力，降低镁合金的开裂倾向，提高总变形量；其次，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；再次，旋锻变形可在沿棒材直径不同部位形成不同应力场，激发不同的变形机制，形成连续变化的组织，制得纳米梯度镁合金。最镁合金进行旋锻变形是在纳米梯度组织的主要原因。

2)探索出合理的旋锻变形参数。变形镁合金组织由变形参数决定。旋锻变形的变形速率较高，相较于其他低变形速率加工方式，例如挤压、压缩等方式更容易导致镁合金开裂。选用合适的旋锻变形参数才能保证在合金不开裂的前提下获得纳米镁合金。旋锻温度过低、道次变形量过高，易造成局部应力集中过高，导致开裂。旋锻温度过高，变形过程中形成的亚结构尺寸过大，导致新生晶粒尺寸粗大，难以形成纳米晶。道次变形量过低，变形集中在棒材表层，难以深入，难以在棒材内部形成纳米晶。总变形量过低，获得的纳米晶含量过少，合金强度提高不明显。随着变形量增加，合金不断硬化，塑性下降，合金开裂倾向更加明显，因而总变形量过高同样易导致合金开裂。大量试验探索表明：将变形参数控制在旋锻温度0~400℃、道次变形量5~20%、旋锻总变形量5~80%的范围内，才可获得纳米梯度组织。