專利名稱：晶粒尺寸沿板厚方向呈對稱梯度分布的鎂合金板帶的制備方法
技術領域：
本發(fā)明公開了一種晶粒尺寸沿板厚方向呈對稱梯度分布的鎂合金板帶的制備方 法，屬于鎂合金加工技術領域。
背景技術：
鎂合金作為密度最低的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有高比強、高比模和電磁屏蔽等優(yōu)點，在 汽車、電子、航空航天、國防等領域具有重要的應用價值和廣闊的應用前景。但是，鎂合金鑄 錠在經(jīng)過軋制、擠壓成板材或帶材后會形成強烈的板織構(gòu)。對密排六方結(jié)構(gòu)鎂合金而言，這 種織構(gòu)很難通過退火工藝和常規(guī)變形工藝來減輕和消除，可導致各種變形缺陷，嚴重限制 了 二次成形能力，從而制約了鎂合金作為結(jié)構(gòu)材料的應用前景。此外，隨著現(xiàn)代航空工業(yè)和 汽車工業(yè)提出了更高的輕量化要求，如何提高鎂合金的強度和延性也是一個亟待解決的問 題。將鎂合金作為覆蓋件大量應用，有必要提供一種弱化鎂合金板帶織構(gòu)、并同步提高其強 度和延性的表層改性方法。眾所周知，細化晶粒有利于提高強度和延性，粗化晶粒則有可能提高抗疲勞和耐 腐蝕性能。將鎂合金板帶進行表層細化和粗化均是具有重要的工業(yè)價值的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有鎂及鎂合金板帶因具有強織構(gòu)而延性較差的問題，提 供一種工藝設計合理、操作簡單、通過對鎂及鎂合金板帶雙向反復彎曲變形累積孿生變形 以及靜態(tài)再結(jié)晶協(xié)調(diào)制備具有晶粒尺寸和織構(gòu)沿板厚方向呈對稱梯度分布的鎂合金板帶 的制備方法，達到改善鎂及鎂合金板帶材織構(gòu)和性能的目的。本發(fā)明晶粒尺寸沿板厚方向呈對稱梯度分布的鎂合金板帶的制備方法，包括下述 步驟第一步彎曲變形將均勻化處理后的鎂合金板帶在25 250°C進行雙向反復彎曲變形累積孿生變 形，控制單道次變形量為0. 01 0. 25 ；第二步再結(jié)晶退火將第一步所得鎂合金板帶進行再結(jié)晶退火，即得到表層晶粒尺寸和織構(gòu)沿板帶厚 度方向呈梯度分布的鎂合金板帶。本發(fā)明中，所述彎曲變形累積變形量小于等于0. 03時，在350 450°C，保溫10 40分鐘，進行再結(jié)晶退火后空冷，獲得表層晶粒粗化、晶粒尺寸和織構(gòu)沿板帶厚度方向呈梯 度分布的鎂合金板帶。本發(fā)明中，所述彎曲變形累積變形量大于等于1. 2時，在200 350°C，保溫5 30分鐘，進行再結(jié)晶退火后空冷，獲得表層晶粒細化、晶粒尺寸和織構(gòu)沿板帶厚度方向呈梯 度分布的鎂合金板帶。
本發(fā)明由于采用上述工藝方法，利用雙向反復彎曲變形累積孿生變形，實現(xiàn)鎂合 金板帶晶粒尺寸和織構(gòu)沿板厚方向呈對稱梯度分布，以弱化鎂合金板帶的織構(gòu)，提高其強 度和延性，改善鎂合金板材的后續(xù)加工性能，其機理及優(yōu)點簡述如下鎂合金板帶在彎曲過程中，應變沿板帶厚度方向是呈對稱梯度分布的，表層所受 的應變量較中間大。由于鎂合金板帶材通常具有較強的基面板織構(gòu)，彎曲時晶粒的取向不 利于基面滑移，加上變形溫度較低，孿生成為主要變形機制，其中受拉的一邊易于產(chǎn)生壓縮 孿晶，受壓的一邊易于產(chǎn)生{10-12}拉伸孿晶。通過雙向反復彎曲變形，可在表層累積大量 孿晶。{10-12}孿晶可引起晶粒取向發(fā)生近90°的轉(zhuǎn)變，壓縮孿晶引起的取向變化為60° 左右，大大弱化了初始織構(gòu)。{10-12}孿晶界易于遷移，在退火過程中難以發(fā)生再結(jié)晶形核， 但多條孿晶交叉處則是有效的再結(jié)晶形核點，而壓縮孿晶界則易于形核。累積變形量較大 時，晶粒中的孿晶交叉現(xiàn)象很突出，大大增加了再結(jié)晶形核率，在退火中易于細化晶粒，同 時，由于孿晶交叉處形成的新晶粒的取向具有一定的隨機性，表層織構(gòu)將比變形前明顯弱 化；反之，當累積變形量較小時，再結(jié)晶晶粒則會迅速張大。綜上所述，本發(fā)明工藝設計合理、操作簡單、所需設備可對現(xiàn)有校直機進行改裝和 升級即可實現(xiàn)，通過反復彎曲和退火再結(jié)晶協(xié)調(diào)獲得沿板厚方向的梯度組織結(jié)構(gòu)，以弱化 鎂合金板帶的織構(gòu)，提高其強度和延性，改善鎂合金板材的后續(xù)加工性能。


附圖1為本發(fā)明實施例1的AZ31鎂合金變形熱處理后表層晶粒細化的光學組織。附圖2(a)為本發(fā)明實施例1的鎂合金板帶表層{0001}極圖。附圖2(b)為本發(fā)明實施例1的鎂合金板帶中間層{0001}極圖。附圖2(c)為本發(fā)明實施例1的鎂合金板帶另一表層{0001}極圖。附圖3為本發(fā)明實施例1的板厚方向上{0001}面織構(gòu)最大相對強度分布曲線。附圖4為本發(fā)明實施例2的AZ31鎂合金變形熱處理后表層晶粒細化的光學組織。附圖5為本發(fā)明實施例2的板厚方向上{0001}面織構(gòu)最大相對強度分布曲線。附圖6為本發(fā)明實施例3的AZ31鎂合金變形熱處理后表層晶粒粗化試樣的光學 組織。附圖7為實施本發(fā)明方法示意圖。其中附圖1中，11-表層，12-中間層，13-另一表層；附圖4中，41-表層，42-中 間層，43-另一表層；附圖7中1、2、3、4為變形輥，5、6、7、8為牽引輥。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明。實施例1 將AZ31鎂合金在150°C用3個軋輥進行了雙向反復彎曲變形，單道次變形量為 0. 25，經(jīng)6道次變形后在200°C再結(jié)晶退火1000s，組織觀察和織構(gòu)分析表明，晶粒尺寸和織 構(gòu)強度均沿板厚方向呈梯度分布，表層晶粒細化到原來的1/3，細晶層厚度約為0. 4mm;表 層的{0001}基面織構(gòu)強度弱化到僅有中間層的1/4左右。實施例2
將AZ31鎂合金在250°C用3個軋輥進行了雙向反復彎曲變形，單道次變形量為 0. 14，經(jīng)6道次變形后在350°C再結(jié)晶退火2000s，組織觀察和織構(gòu)分析表明，晶粒尺寸和織 構(gòu)強度也均沿板厚方向呈梯度分布，表層晶粒細化到原來的1/3，細晶層厚度約為0. 3mm； 表層的10001}基面織構(gòu)強度也僅有中間層的1/4左右。實施例3 將K121鎂合金在室溫用4個軋輥進行了雙向反復彎曲變形，單道次變形量為0.01 左右，變形3道次后在400°C再結(jié)晶退火lOmin，組織觀察和織構(gòu)分析表明，表層晶粒尺寸大 幅度長大到原來的5倍以上。
權(quán)利要求
1.晶粒尺寸沿板厚方向呈對稱梯度分布的鎂合金板帶的制備方法，包括下述步驟第一步彎曲變形將均勻化處理后的鎂合金板帶在25 250°C進行雙向反復彎曲變形累積孿生變形，控 制單道次變形量為0. 01 0. 25 ；第二步再結(jié)晶退火將第一步所得鎂合金板帶進行再結(jié)晶退火，即得到表層晶粒尺寸和織構(gòu)沿板帶厚度方 向呈梯度分布的鎂合金板帶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述晶粒尺寸沿板厚方向呈對稱梯度分布的鎂合金板帶的制備方 法，其特征在于所述彎曲變形累積變形量小于等于0. 03時，在350 450°C，保溫10 40 分鐘，進行再結(jié)晶退火，獲得表層晶粒粗化、晶粒尺寸和織構(gòu)沿板帶厚度方向呈梯度分布的 鎂合金板帶。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述晶粒尺寸沿板厚方向呈對稱梯度分布的鎂合金板帶的制備方 法，其特征在于所述彎曲變形累積變形量大于等于1. 2時，在200 350°C，保溫5 30分 鐘，進行再結(jié)晶退火，獲得表層晶粒細化、晶粒尺寸和織構(gòu)沿板帶厚度方向呈梯度分布的鎂 合金板帶。
全文摘要
一種晶粒尺寸沿板厚方向呈對稱梯度分布的鎂合金板帶的制備方法，是將鎂合金板帶材進行雙向連續(xù)彎曲變形后，進行再結(jié)晶退火處理。變形時，表層累積大量孿生變形，表層受到的剪切應力迫使基面織構(gòu)偏轉(zhuǎn)并弱化原始織構(gòu)。退火時，變形量較大的，表層發(fā)生靜態(tài)再結(jié)晶導致晶粒細化和織構(gòu)隨機化；變形量小于等于0.03時，由于再結(jié)晶形核率小，表層晶粒迅速發(fā)生再結(jié)晶長大而粗化。采用該方法可制備表層晶粒細化或粗化2種梯度材料。本發(fā)明工藝設計合理、操作簡單、所需設備可對現(xiàn)有校直機進行改裝和升級即可實現(xiàn)，通過反復彎曲和退火再結(jié)晶協(xié)調(diào)獲得沿板厚方向的梯度組織結(jié)構(gòu)，并弱化鎂合金板帶的織構(gòu)，提高其強度和延性，改善鎂合金板材的后續(xù)加工性能。
文檔編號C22F1/06GK102127724SQ20111004135
公開日2011年7月20日 申請日期2011年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月11日
發(fā)明者張雷, 楊續(xù)躍 申請人:中南大學