一種鎂合金棒材的加工方法
【專利摘要】本發(fā)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(zhuǎn)溫度以及預設扭轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，使其產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)塑性變形，獲得鎂合金棒材。本發(fā)明對鎂合金棒材毛坯件進行扭轉(zhuǎn)變形，通過調(diào)控扭轉(zhuǎn)方式，預設扭轉(zhuǎn)溫度、預設表層切應變量和扭轉(zhuǎn)速度，在扭轉(zhuǎn)切應力作用下，使鎂合金棒材毛坯件的初始織構(gòu)、晶粒尺寸及位錯結(jié)構(gòu)發(fā)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(fā)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制備。鑄造鎂合金晶粒粗大且力學性能較差。相比而言，擠壓態(tài)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(chǎn)生較強的變形織構(gòu)，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(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于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(fā)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(zhuǎn)溫度以及預設扭轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，使其產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)塑性變形，獲得鎂合金棒材。
[0009]優(yōu)選的，上述鎂合金棒材的加工方法中，所述步驟2)之后還包括步驟3):
[0010]對所述鎂合金棒材進行退火處理。
[0011]優(yōu)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，并保溫0.5h-3ho
[0012]優(yōu)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(zhuǎn)速度為Irpm-1Orpm ;所述預設扭轉(zhuǎn)溫度為25°C _400°C。
[0013]優(yōu)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(zhuǎn)溫度為200°C -400°C，所述預設表層切應變量為 0.01-2.00。
[0014]優(yōu)選的，上述鎂合金棒材的加工方法中，所述步驟I)中在用于鑄造所述鎂合金棒材毛坯件的原料中添加固溶元素。
[0015]優(yōu)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(yōu)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，然后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(zhuǎn)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(fā)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；然后在預設扭轉(zhuǎn)溫度以及預設扭轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，使其產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)塑性變形，獲得鎂合金棒材。
[0020]本發(fā)明對采用鎂合金棒材毛坯件進行扭轉(zhuǎn)變形，通過調(diào)控扭轉(zhuǎn)方式，預設扭轉(zhuǎn)溫度、預設表層切應變量和扭轉(zhuǎn)速度，在扭轉(zhuǎn)切應力作用下，使鎂合金棒材毛坯件的初始織構(gòu)、晶粒尺寸及位錯結(jié)構(gòu)發(fā)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(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)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(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0022]圖1是本發(fā)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(fā)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(fā)明提供的鎂合金棒材扭轉(zhuǎn)變形過程中微觀組織及織構(gòu)變化示意圖；
[0025]圖4是本發(fā)明實施例提供的鎂合金棒材扭轉(zhuǎn)不同應變量后的拉伸應力應變曲線示意圖；
[0026]圖5是本發(fā)明實施例提供的鎂合金棒材扭轉(zhuǎn)不同應變量后的壓縮應力應變曲線示意圖。

【具體實施方式】
[0027]本發(fā)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(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)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(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0029]請參考附圖1-5，本發(fā)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(fā)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制備鎂合金棒材毛坯件。
[0032]S2、將上述鎂合金棒材置于扭轉(zhuǎn)設備上，在預設扭轉(zhuǎn)溫度以及預設扭轉(zhuǎn)速度下利用扭轉(zhuǎn)設備對鎂合金棒材毛坯件進行預設表層切應變量的扭轉(zhuǎn)，使其產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)塑性變形，獲得儀合金棒材。
[0033]本發(fā)明對采用鎂合金棒材毛坯件進行扭轉(zhuǎn)變形，通過調(diào)控扭轉(zhuǎn)方式，預設扭轉(zhuǎn)溫度、預設表層切應變量和扭轉(zhuǎn)速度，在扭轉(zhuǎn)切應力作用下，使鎂合金棒材毛坯件的初始織構(gòu)、晶粒尺寸及位錯結(jié)構(gòu)發(fā)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(yōu)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之后還包括步驟S3:對鎂合金棒材進行退火處理。也就是說，本發(fā)明對鎂合金棒材毛坯件進行扭轉(zhuǎn)塑性變形后，還對鎂合金棒材進行退火處理，能夠去除殘余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(yōu)選的，步驟S3具體為:將鎂合金棒材加熱至溫度200 °C -500 °C,并保溫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(jù)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(fā)明對此不做具體限定。
[0037]為了確保鎂合金棒材發(fā)生塑性變形且不至于發(fā)生扭轉(zhuǎn)破斷，上述步驟S2的預設扭轉(zhuǎn)速度為Irpm-1Orpm(revolut1ns per minute的縮寫，轉(zhuǎn)每分)；預設扭轉(zhuǎn)溫度為250C -4000C ο本實施例將扭轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速度過快，鎂合金棒材邊部出現(xiàn)應力集中產(chǎn)生裂紋發(fā)生扭轉(zhuǎn)破斷，從而提高了鎂合金棒材的合格率。根據(jù)不同尺寸的鎂合金棒材，上述預設扭轉(zhuǎn)速度還可以為其他值，如llrpm，本發(fā)明對此不做具體限定。
[0038]如圖1所示，本發(fā)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(zhuǎn)溫度為200°C -400°C，預設表層切應變量γ為0.01-2.00。上述范圍內(nèi)的表層切應變量γ能夠確保鎂合金棒材發(fā)生塑性變形，同時確保扭轉(zhuǎn)變形過程中鎂合金棒材不發(fā)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(tài)鎂合金棒材置于扭轉(zhuǎn)試驗機上，在300°C下以扭轉(zhuǎn)速度為4rpm，扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生試樣表層切應變量γ為0.03-1.5的扭轉(zhuǎn)塑性變形。結(jié)果顯示，隨著扭轉(zhuǎn)變形量的增大，細小的再結(jié)晶晶粒的數(shù)量增加。可見，通過熱扭轉(zhuǎn)工藝可有效地細化鑄造態(tài)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(yōu)選的，上述實施例提供的鎂合金棒材的加工方法中，步驟SI中在用于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(fā)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?？商鎿Q的，本發(fā)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(zhuǎn)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(chǎn)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?？商鎿Q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(fā)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，然后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(zhuǎn)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(zhuǎn)溫度區(qū)間的扭轉(zhuǎn)實驗，扭轉(zhuǎn)結(jié)束后可以選擇直接退火處理，提高鎂合金棒材的延伸率。
[0044]本發(fā)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(fā)明在鑄造出鎂合金毛坯件后，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(chǎn)生細晶組織提高鎂合金棒材的強度和塑性。本發(fā)明也可以對鎂合金毛坯件進行不對稱擠壓，產(chǎn)生超細晶并弱化或改變鎂合金棒材的擠壓織構(gòu)，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(tài)鎂合金棒材置于扭轉(zhuǎn)試驗機上，在室溫下以扭轉(zhuǎn)速度為2rpm，扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生試樣表層切應變量γ為0.03-0.18的扭轉(zhuǎn)塑性變形。扭轉(zhuǎn)塑性變形后，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(jīng)過扭轉(zhuǎn)塑性變形后，鎂合金棒材微觀組織發(fā)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(fā)生滑移和轉(zhuǎn)動，由于邊部切應力遠大于心部，導致邊部位錯密度更高、位錯結(jié)構(gòu)更為繁雜，微觀組織更為紊亂。此外，靠近試樣表層的晶粒內(nèi)部出現(xiàn)少量孿晶，而心部則無孿晶?？梢?，扭轉(zhuǎn)變形可調(diào)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(gòu)。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(zhuǎn)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(gòu)被弱化?？梢姡まD(zhuǎn)變形可調(diào)控鎂合金棒材的初始織構(gòu)。
[0047]同時，本實施例還對扭轉(zhuǎn)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(jié)果見附圖4和圖5。附圖4和5表明，擠壓鎂合金棒材經(jīng)過扭轉(zhuǎn)塑性變形后，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?？梢?，通過冷扭轉(zhuǎn)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采用遞進的方式描述，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?qū)I(yè)技術人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)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(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于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范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種鎂合金棒材的加工方法，其特征在于，包括步驟: .1)加工鎂合金棒材毛坯件； .2)在預設扭轉(zhuǎn)溫度以及預設扭轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，使其產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)塑性變形，獲得鎂合金棒材。
2.如權(quán)利要求1所述的鎂合金棒材的加工方法，其特征在于，所述步驟2)之后還包括步驟3): 對所述鎂合金棒材進行退火處理。
3.如權(quán)利要求2所述的鎂合金棒材的加工方法，其特征在于，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，并保溫0.5h-3ho
4.如權(quán)利要求1所述的鎂合金棒材的加工方法，其特征在于，所述步驟2)中所述預設扭轉(zhuǎn)速度為lrpm-10rpm ;所述預設扭轉(zhuǎn)溫度為25°C _400°C。
5.如權(quán)利要求4所述的鎂合金棒材的加工方法，其特征在于，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(zhuǎn)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(quán)利要求5所述的鎂合金棒材的加工方法，其特征在于，所述步驟1)中在用于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(quán)利要求6所述的鎂合金棒材的加工方法，其特征在于，所述固溶元素為稀土金屬。
8.如權(quán)利要求4所述的鎂合金棒材的加工方法，其特征在于，所述步驟1)具體為: 首先鑄造出鎂合金毛坯件，然后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(zhuǎn)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(yōu)先權(quán)日:2015年1月21日
【發(fā)明者】宋波, 郭寧 申請人:西南大學