[发明专利]一种镁合金多面循环轧制方法

说明书

一  技术领域

本发明公开了一种超细晶金属材料制备方法，涉及成型技术领域，具体是一种AZ31镁合金多面循环轧制方法。

二  背景技术

镁合金是最轻的金属结构材料，具有高的比强度、比刚度、减振性、导热性、可切削加工性和可回收性，因而被称为21世纪的“绿色工程材料”。尤其是随着汽车工业及电子行业的迅速发展，大量的镁合金构件应运而生，部分代替了塑料、铝合金甚至钢铁材料，预计镁合金将成为本世纪最重要的商用轻质金属结构材料之一。但是到目前为止，镁合金的应用规模远未达到预期，一个主要的限制因素就是较低的强度值。因此，提高镁合金的强度成为镁合金领域的核心问题之一。

在工程应用中，晶粒大小是影响金属材料力学性能的重要因素。随着晶粒尺寸的减小，大量晶界的出现限制或钉扎了位错的运动，借此提高了材料的强度，可由著名的Hall-Petch公式(                                                )来描述。因此，通过细晶化提高镁合金强度是有效的手段之一。

目前，微纳米金属材料的制备工艺主要包括：（1）惰性气体冷凝法：将材料在惰性气体气氛下蒸发，蒸发出的金属原子与惰性气体碰撞后动能降低，通过热对流输运到液氮冷却的旋转冷底板的表面，形成疏松粉末。收集后的粉末在高真空下冷压制成块体材料。（2）机械球磨法：通过磨球与料罐之间的碰撞，使粉末发生塑性变形、加工硬化和破碎。粉碎的粉末在随后的球磨过程中发生冷焊合，再次被破碎，合金化并使晶粒不断细化至纳米级。随后将粉末加压成型便可制得纳米块体材料。（3）非晶晶化法：将非晶材料作为前驱材料，经过适当热处理，使其转变成纳米尺度的多晶材料材料。（4）电解沉积法：通过在阴/阳极之间施加电压(直流、脉冲)，沉积纳米量级的金属。上述方法工艺简单，对设备要求不高，生产效率较高，适用材料范围广，经济性好，比较适合于科学研究，但是其产物尺寸较小，均以薄膜形式存在，难以在工业上获得应用。为了获得块体纳米金属材料，目前多采用剧烈塑性变形法，主要制备手段包括等径角变形(Equal channel Angular Pressing, ECAP)，大比率挤压(挤压比100以上)，旋压法(Torsion Straining)，循环挤压法(Cyclic Extrusion, CEC)等。上述方法均可以制备出块体材料，但对设备要求较高，制备的材料均匀性较差，晶粒分布不均匀且多属于微米尺度范围，同时易于在材料中引入织构，降低了材料了应用价值。因此，必须改进和开发新的超细晶结构材料的制备技术。

三  发明内容

本发明在于提供一种镁合金多面循环轧制方法，使轧制得到的镁合金晶粒更细小、强度和延伸率更高，实现了镁合金的组织细化和力学性能的改善。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种镁合金多面循环轧制方法，包含以下步骤：

第一步：采用线切割切取方形横截面的镁合金板材；

第二步：采用二辊轧机对合金进行第一次轧制；

第三步：将第一次轧制后的板材绕轧制轴方向顺时针旋转90°，对合金进行第二次轧制，再将第二次轧制后的板材绕轧制轴方向顺时针旋转90°，对合金进行第三次轧制，如此构成一个轧制循环，轧制工艺完成；或者，将第一次轧制后的板材继续进行多道次轧制后，绕轧制轴方向顺时针旋转90°，再对板材继续进行多道次轧制，轧制工艺完成。

通过循环轧制，可以得到比较均匀的等轴组织，晶粒尺寸得到进一步细化，同时织构强度明显弱化。循环轧制得到的AZ31合金晶粒平均尺寸为7μm，力学性能可达到延伸率13%，屈服强度330MPa，抗拉强度360MPa。

本发明与现有技术相比的有益效果：

（1）具有优良性能。本发明利用孪生极性，在不同作用面的压力作用下最大限度的激发孪晶，引入了孪晶界面强化，极大提高了镁合金的屈服强度，而保持了足够的塑性；通过不同方向的轧制，弱化了变形织构。

（2）制备方法简单。本发明利用传统的轧制技术，只需改进工艺条件，控制适当的温度和轧制道次即可获得高强高塑镁合金；工艺简单，对设备要求不高，易于工业化生产。

四  附图说明

图1 循环轧制方法示意图；

图2 循环轧制镁合金微观组织；

图3循环轧制镁合金力学曲线（一）

图4循环轧制镁合金力学曲线（二）

五  具体实施方式

一种镁合金多面循环轧制方法，包括两种方案，具体如下：

方案一：