一种室温细化变形镁合金晶粒的方法

摘要

本发明公开了一种室温细化变形镁合金晶粒的方法，包括以下步骤：1)、将变形镁合金制备成便于疲劳试验机夹持的样品，控制表面粗糙度在0.8-0.2之间；2)、将步骤1)制备的样品装上疲劳试验机，首先测定出样品的屈服强度，然后在室温下采用反复拉-压载荷的方式细化晶粒，拉-压载荷循环应力为屈服强度的55％-70％，或者在室温下采用反复拉-拉载荷的方式细化晶粒，拉-拉载荷循环应力为屈服强度的70％-90％。与传统细化镁合金晶粒的方法相比，每个循环加载周期内镁合金棒材均不发生宏观塑性变形，采用本发明方法细化镁合金晶粒不需要常规的变形以及加热设备，材料在整个处理过程中温度不发生明显升高，处理之后合金的晶粒尺寸明显细化，且组织均匀。

说明书

技术领域

本发明属于镁合金材料领域，涉及一种室温细化变形镁合金晶粒的方法。

背景技术

作为最轻的结构材料，镁合金具有很多其他合金无法匹敌的优势：镁合金比铝合金轻 36％，比钢轻77％；是实用金属中比强度最高的金属；具有优秀到底耐冲击性能和抗震性、 电磁屏蔽性以及切削加工性能。因此镁合金被誉为21世纪绿色可回收且不污染环境的清洁材 料，并且有望在航空航天、汽车、武器装备、3C产品等领域获得非常广泛的应用。

由于镁合金的密排六方结构，导致镁合金强烈的力学各向异性和较差的塑性成形能力。 强烈的力学各向异性限制了镁合金作为结构承重部件的应用，较差的塑性成形能力极大地阻 碍了镁合金的推广使用。因此，克服以上两个问题成为镁合金科研工作者研究的热点和重点。

根据相关文献报道，细晶强化是目前已知的唯一一种可以同时提高变形镁合金强度和塑 性的强化方式。细化镁合金晶粒不仅可以同时提高镁合金的拉伸性能和延伸率，同时也能显 著提高塑性成型性能；而且当晶粒尺寸降低到7μm以下时也能有效地消除拉压屈服不对称 性。因此，制备细晶镁合金对于提升镁合金的综合性能和后续的成型都具有十分重大的意义。

近些年来，很多镁合金科研工作者在镁合金晶粒细化方面开展了一些研究，目前的细化 镁合金晶粒的工艺主要是：等通道角挤压(ECAP)，异步轧制，往复挤压，多向锻造，累计 叠轧等。这些细化镁合金晶粒的工艺都是在加热的条件下通过大塑性变形来细化晶粒，但是 大塑性变形通常引起较强的织构，从而产生力学各向异性。并且这些晶粒细化的方法也由于 其自身工艺的限制，不适合商业化生产。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种室温细化变形镁合金晶粒的方法。采用本方法的 每个循环加载周期内镁合金棒材均不发生宏观塑性变形。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种室温细化变形镁合金晶粒的方法，包括以下步骤：

1)、将变形镁合金制备成便于疲劳试验机夹持的样品，控制表面粗糙度在0.8-0.2之间；

2)、将步骤1)制备的样品装上疲劳试验机，首先测定出样品的屈服强度，然后在室温 下采用反复拉-压载荷的方式细化晶粒，拉-压载荷循环应力为屈服强度的55％-70％，循环加 载周次为6×105-6×106；

或者在室温下采用反复拉-拉载荷的方式细化晶粒，拉-拉载荷循环应力为屈服强度的 70％-90％，循环加载周次为6×105-6×106。

优选的，所述拉-压载荷和拉-拉载荷方式的目标循环周次随着循环应力的增大而减少。

优选的，所述变形镁合金为镁-锌-锰镁合金，所述变形镁合金挤压比9～16，挤压速度为 10mm/min-200mm/min。

优选的，所述变形镁合金中Zn：5.85％wt；Mn：0.9％wt；不可避免杂质≤0.15％wt，余 量为镁，所述变形镁合金挤压比16，挤压速度为50mm/min-100mm/min。

优选的，步骤1)中所述表面粗糙度为0.32。

优选的，拉-压载荷和拉-拉载荷方式的循环加载周次为8×105-5×106。

本发明的有益效果在于：

本发明室温细化变形镁合金晶粒的方法，首先将经过变形处理的镁合金加工成便于循环 加载设备夹持的形状，因为循环加载应力对表面状态比较敏感，通过控制其表面粗糙度，防 止样品在未达到目标周次即过早断裂。由于变形镁合金的拉压屈服不对称性，镁合金在受到 压缩应力时更容易屈服，在拉-压循环过程中，镁合金更容易受到破坏，所以在拉-压循环过 程中的循环应力应更大幅度低于合金的屈服应力。由于合金内部组织的不均匀性，单次循环 过程中在局部区域产生位错运动，通过多次循环加载，位错逐渐累积，形成小角度晶界，随 着循环过程的继续，越来越多的位错被小角度晶界吸收，小角度晶界逐渐演变成大角度晶界， 原来粗大的晶粒被分割成多个较小的晶粒，从而达到细化变形镁合金晶粒的作用。本发明方 法既可以单独作为一种细化变形镁合金的方法，也可与其他工艺搭配使用，更进一步细化变 形镁合金。本发明方法的提出，为制备细晶变形镁合金提供了一种崭新的思路，同时也进一 步扩大了镁合金的使用范围。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为初始挤压态镁锌锰合金棒材微观组织结构图；

图2为实施例1所得镁合金的微观组织结构图；

图3为实施例2所得镁合金的微观组织结构图；

图4为对比实施例1得镁合金的微观组织结构图；

图5为对比实施例2得镁合金的微观组织结构图；

图6为对比实施例3得镁合金的微观组织结构图；

图7为对比实施例4得镁合金的微观组织结构图；

图8为对比实施例5得镁合金的微观组织结构图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

实施例1：

本实施例室温细化变形镁锌锰合金的方法，包括以下步骤：

1)、将镁合金铸锭在350℃下挤压变形，挤压比16，挤压速度50mm/min；

2)、将步骤一制备的变形镁合金棒材加工成漏斗形试样，试样表面用砂纸磨平，粗糙度 为0.32之间，镁锌锰合金棒材微观组织结构图如图1所示；

3)、将步骤二制备的试样夹持在疲劳试验机上进行拉-压循环加载，加载频率40Hz，加 载方式采用应力控制，加载应力123Mpa(65％屈服强度)，循环加载周次为2.4×10⁶次，图 2为实施例1所得镁合金的微观组织结构图。

实施例2：

本实施例室温细化变形镁锌锰合金的方法，包括以下步骤：

1)、将镁合金铸锭在350℃下挤压变形，挤压比16，挤压速度50mm/min；

2)、将步骤一制备的变形镁合金棒材加工成漏斗形试样，试样表面用砂纸磨平，粗糙度 为0.32之间；

3)、将步骤二制备的试样夹持在疲劳试验机上进行拉-拉循环加载，加载频率40Hz，加 载方式采用应力控制，加载应力160Mpa(85％屈服强度)，循环加载周次为2.3×10⁶次，图 3为实施例2所得镁合金的微观组织结构图。

对比实施例1：

本对比实施例与实施例1的区别在于：本对比实施例循环应力为129MPa(68％屈服强度)， 循环周次3.1×10⁵次，图4为对比实施例1得镁合金的微观组织结构图。

对比实施例2：

本对比实施例与实施例1的区别在于：本对比实施例循环应力为129MPa(68％屈服强度)， 循环周次8.2×10⁵次，图5为对比实施例2得镁合金的微观组织结构图。

对比实施例3：

本对比实施例与实施例1的区别在于：本对比实施例循环应力为123MPa(65％屈服强度)， 循环周次1.6×10⁶次，图6为对比实施例3得镁合金的微观组织结构图。

对比实施例4：

本对比实施例与实施例2的区别在于：本对比实施例循环应力为150MPa(79％屈服强度)， 循环周次7.8×10⁵次，图7为对比实施例4得镁合金的微观组织结构图。

对比实施例5：

本对比实施例与实施例2的区别在于：本对比实施例循环应力为170MPa(89％屈服强度)， 循环周次3.2×10⁶次，图8为对比实施例5得镁合金的微观组织结构图。

对比图2到图8可以看出，通过在室温下对变形镁合金进行拉-拉或拉-压反复加载，合 金的组织都发生一定程度的细化；对比拉-压和拉-拉两种载荷形式，在拉-压载荷下，合金组 织细化所需的循环应力更小；在相同的循环应力下，随循环周次的增加，合金的组织细化效 果更明显。

综上所述，采用本发明方法处理后的变形镁合金组织得到明显细化，在经过合适的循环 应力和循环周次后，合金的组织明显细化并且均匀。与传统工艺相比本方法细化变形镁合金 组织无需加热设备，在室温条件下即可实现。本发明方法既可以单独作为一种细化变形镁合 金的方法，也可与其他工艺搭配使用，更进一步细化变形镁合金。本发明方法的提出，为制 备细晶变形镁合金提供了一种崭新的思路，同时也进一步扩大了镁合金的使用范围。

需要说明的是，虽然实施例中仅公开了化学成分为“Zn：5.85％wt；Mn：0.9％wt；不可 避免杂质≤0.15％wt；余量为镁”的镁合金，但是根据本领域技术人员的理解，本发明所公开 的技术方案不仅适用于该成分的镁合金，还适用于其他牌号的镁合金。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述 优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和 细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。