一种分析镁合金组织性能不均匀性的中间坯制备方法

摘要

本发明涉及一种分析镁合金组织性能不均匀性的中间坯制备方法，属于金属材料成型与加工技术领域。本发明采用五种“中间坯”的制备方法，使镁合金中组织性能“不均匀性”的科学研究成为了可能。通过对镁合金组织及性能的“不均匀性”进行控制，使镁合金制件在恶劣服役环境中的高稳定性、高寿命应用得到提高。

说明书

技术领域

本发明涉及一种分析镁合金组织性能不均匀性的中间坯制备方法，属 于金属材料成型与加工技术领域。

背景技术

镁合金由于质量轻、比强度高、电磁屏蔽性和减震性好等优点而备受 关注，被誉为“21世纪最有前途的绿色工程材料”。近年来随着镁合 金制备方法、成型技术的改进以及稀土镁合金的大力研究，使镁合金 在军工、民用等方面得到广泛应用。

镁合金由于特殊的密排六方结构，其a、c轴不相等，因此，即使是外 形几何尺寸对称的试件或制件在塑性变形过程中也存在“拉压不对称 性”，尤其是合金化程度较高时，这种“拉压不对称性”的影响因素 就更复杂，导致变形后镁合金的宏观性能在某些方向上存在“不均匀 ”。

值得注意的是，如果镁合金坯料或制件的几何尺寸不对称或不均匀时 ，这种性能上的“不均匀性”对镁合金服役性能的“稳定性”就会产 生非常严重的影响，尤其是当这类镁合金制件应用在高速汽（赛）车 轮毂、发动机外壳、导弹壳体等这类受热、力或二者共同作用下的服 役环境时，这种组织性能的“不均匀性”对制件服役寿命、服役安全 的影响就必须要定量计算及严格控制，而目前关于镁合金“组织及性 能不均匀性”科学研究所需“中间坯”的相关制备方法与技术尚未见 有人提出。

发明内容

本发明目的在于提供一种分析镁合金组织性能不均匀性的中间坯制备 方法，该方法使分析镁合金中组织及性能“不均匀性”的科学研究成 为可能；通过对镁合金组织及性能的“不均匀性”进行控制，可使镁 合金制件在恶劣服役环境中应用的稳定性及使用寿命得到提高。

技术解决方案：

一种分析镁合金组织性能不均匀性的中间坯制备方法，制备中间坯原 料坯的形状为圆柱形，成型后中间坯的中部开有倒锥形空腔体。

所述成型后中间坯θ角的范围在45°-85°，高度h的范围为5mm-500m m。

一种分析镁合金组织性能不均匀性的中间坯制备另一方法，制备中间 坯原料坯的形状为梯形。

所述梯形坯料为等腰梯形、直角梯形或楔形。

所述等腰梯形底角β范围为5°-85°，上底a范围为5mm-100mm，下底 b范围为10mm-200mm，高度h范围为5mm-200mm；直角梯形的底角Ψ范围 为5°-85°，上底a范围 为5mm-100mm，下底b范围为10mm-200mm，高度h范围为5mm-200mm；a范 围为5mm-100mm，楔形后端尺寸b范围为10mm-200mm，楔形坡角Φ范围 为5°-85°。

一种分析镁合金组织性能不均匀性的中间坯制备方法，中间坯采用挤 压、锻造、轧制、冲压塑性变形加工制成。

进一步地：一种分析镁合金组织性能不均匀性的中间坯制备方法，制 备中间坯原料坯的形状为矩形，采用异步或异径的“不对称”轧制方 法加工制成。

进一步：一种分析镁合金组织性能不均匀性的中间坯，镁合金包括成 分的质量百分比为， Al质量分数为0-13%，Zn质量分数为0-6%，Ca质 量分数为0-6%，Mn质量分数为0-2%，Zr质量分数为0-6%，Li质量分数 为0-15%，RE质量分数为0-6%，其余为杂质。

通常，不同类型的（变形）镁合金试件或制件大致要经过“材料制备 、预变形、中间坯、二次加工、成品”几个阶段。

本发明中的“中间坯”是指介于“材料制备”与“成品”工序之间且 已进行过“预变形”的一类毛坯的统称，其特征在于，该“中间坯” 既可以进行“组织及性能不均匀性”的科学研究分析，也能够再进行 “二次加工（或热处理）”而成为“成品”。

在本发明中，把能直接制备出“中间坯”的坯料都定义为“原料坯” ，以区别于前述工序中的最开始处“材料制备”的概念。

本发明采用从“原料坯的形状和塑性加工方式”两个方面来制备出“ 中间坯”。

优点及功能特点：

为了便于对镁合金开展“组织性能不均匀性”应用研究，提供出变形 镁合金在“尺寸和性能不均匀”条件下镁合金的“中间坯”的制备方 法。

本发明是由以下“两大类”制备方案来实现：第一类为原料坯采用圆 柱形和梯形，制备出“尺寸与组织性能都不均匀” 的镁合金“中间 坯”；第二类原料坯则采用矩形，采用“不对称”轧制变形的方法， 制备出“尺寸均匀”但“组织和性能不均匀”的镁合金“中间坯”。

第一类，坯料坯采用圆柱形和梯形，“尺寸与组织性能都不均匀”  的镁合金“中间坯”的制备方法有以下四种：

（1）原料坯采用圆柱形，制备出“壁厚不相等”的镁合金制件

圆柱形的原料坯在挤压、锻造、冲压设备上进行塑性变形，成型后“ 中间坯”的中部开有“倒锥形”空腔体。由于镁合金制件的上、下各 部分中受力不均，使镁合金壁厚方向上的性能存在不均匀性，制备出 “壁厚不相等”的镁合金制件。

（2）原料坯采用等腰梯形截面，制备出镁合金的轧制制件

将原料坯制成等腰梯形截面形状，由于在轧制过程中轧坯上、下表面 的受力面积不相等，会使轧制件上、下表面的性能存在不均匀性。

（3）原料坯采用直角梯形截面，制备出镁合金轧制制件

将原料坯制成直角梯形截面状，由于在轧制过程中轧坯各部分受力不 等，会使轧制件各部分的性能存在不均匀性。

（4）原料坯采用楔形，制备出镁合金轧制制件

将原料坯制成楔形，在轧制过程中沿着楔形方向轧制，最后轧坯为尺 寸不均匀的板状，轧制坯由于在楔形方向上受压不均，导致其组织性 能存在不均匀性。

第二类，原料坯采用矩形，“尺寸均匀”但“组织和性能不均匀”的 镁合金“中间坯”制备方法，有如下一种：

（1）异步或异径的“不对称”轧制方法的镁合金制件

原料坯采用普通对称形状的矩形，通过异步或异径轧制机进行轧制， 由于“不对称”轧制机的上下轧辊转速不同或上下轧辊直径大小不等 ，会使轧制件的上、下表面的力学性能不均匀，从而制备出“尺寸均 匀”但“组织和性能不均匀”的镁合金“中间坯”。

附图说明

图1为本发明圆柱形的中间坯主视图； 

图2为图1的俯视图；

图3为本发明等腰梯形原料坯轧制图； 

图4为图3的侧视图； 

图5为本发明直角梯形原料坯轧制图；

图6为图5的侧视图； 

图7为本发明楔形原料坯轧制图；

图8为本发明矩形截面异步轧制图；

图9为本发明矩形截面异径轧制图。

具体实施方式

本发明针对变形镁合金，以Mg为基体，再添加合金元素、微量合金元 素，其中Al质量分数为0-13%，Zn质量分数为0-6%，Ca质量分数为0-6 %，Mn质量分数为0-2%，Zr质量分数为0-6%，Li质量分数为0-15%，RE 质量分数为0-6%。

镁合金的“材料制备”工序环节可通过铸造、粉末冶金、电磁搅拌和 喷射沉积（成形）技术首先制出铸坯、烧结坯、沉积坯，然后再通过 挤压、锻造、轧制、冲压等塑性变形方法进行“预变形”或“二次加 工（或热处理）”。

实施例1

见图1，图1中θ范围在45°-85°，制件高度h范围为5mm-500mm。

原料坯采用圆柱形，“壁厚不相等”的镁合金中间坯1的制备

采用挤压、锻造、冲压等塑性成型方法对圆柱形原料坯进行塑性变形 ，制备出中部开有 “倒锥形”空腔体的中间坯1，由于“倒锥形”的存在使制件的壁厚在 高度方向上存在尺寸不均匀，而在相同高度的壁厚度方向上存在组织 性能不均匀。

实施例2

参见图3，图3中， 2为轧辊，3为等腰梯形原料坯。等腰梯形的底角 β范围为5°-85°，上底a范围为5mm-100mm，下底b范围为10mm-200m m，高度h范围为5mm-200mm。

原料坯3采用等腰梯形截面的镁合金中间坯轧制制件的制备，制备出等 腰梯形截面原料坯，然后进行轧制变形。

实施例3

见图5，原料坯3采用直角梯形截面通过轧辊2轧制出镁合金“中间坯” 。 

图5中的直角梯形的底角Ψ范围为5°-85°，上底a范围为5mm-100mm， 下底b范围为10mm-200mm，高度h范围为5mm-200mm。

实施例4

见图7，原料坯3采用楔形截面通过轧辊2轧制出镁合金“中间坯”。

图7中的楔形前端尺寸a范围为5mm-100mm，楔形后端尺寸b范围为10mm -200mm，楔形坡角Φ范围为5°-85°。

实施例5

见图8、图9，原料坯2采用矩形截面，在异步或异径轧辊2不对称条件 下轧制出镁合金“中间坯”。