[发明专利]一种应变诱发镁合金半固体材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应变诱发镁合金半固体材料的制备方法，属于镁合金制备技术领域。

背景技术

镁合金以其密度小、比强度及比刚度高和易于再生、蕴藏量丰富等一系列独特的优点，被认为是21世纪最富于开发和应用潜力的“绿色材料’。

镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金。其特点是：密度小（1.8g/cm³镁合金左右），比强度高，比弹性模量大，散热好，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好。主要合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。目前使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌锆合金，主要用于航空、航天、运输、化工、火箭等工业部门。在实用金属中是最轻的金属，镁的比重大约是铝的2/3，是铁的1/4。它是实用金属中的最轻的金属，高强度、高刚性。

虽然我国是镁工业大国，但对于镁及其合金的组织性能、产品开发及应用等方面的研究，却很有限，与欧、美、日等镁工业强国有相当大的差距。在我国，常用的镁合金成形方法只有压铸，实际应用的镁合金结构件大多数是压铸件；而半固态铸造等新工艺在大陆应用很少，只在香港和台湾应用较多。

在镁合金压铸生产实践中，由于熔体镁与氧有强烈的亲和力，又加之镁有高的蒸汽压，使其易燃、易爆，这成为镁合金铸造生产中如何实现安全生产的难题。而镁合金半固态成形工艺则很好地解决了这一难题。国际上，机械或电磁搅拌法、应变诱发熔化激活法、等温热处理法等用于制备非枝晶的、球化组织的镁合金半固态原材料已成功应用于汽车、航空航天、IT产业等领域。在国内，镁合金半固态材料制备领域，应变诱发熔化激活法尚无人触及，但此方法工序简单、节能又清洁。

吉泽升等（吉泽升，李庆芬，等，应变诱发AZ91D镁合金半固态组织形态及形成机理，中国有色金属学报，2003，13（5）：1156～1159）公开了一种采用应变诱发法制备镁合金半固态组织形态的方法。但是该方法得到的镁合金半固态组织的形态结构较差，粒径较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应变诱发镁合金半固体材料的制备方法，所述方法可适用于所有的铸造镁合金，且采用所述方法得到的半固体材料的组织形态优异，性能优异。

为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种应变诱发镁合金半固体材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

（1）将镁合金原料浇铸；

（2）将浇铸得到的铸件机械加工为d15×15mm的试件；

（3）将试件进行压缩变形；

（4）将变形后的试样保温，水淬，得到镁合金半固体材料。

应变诱发熔化激活法是预先将常规铸造的合金坯料进行足够变形，即在原始坯料组织中引入应变能，破碎枝晶组织，最后按需要将变形后的金属锭分切成一定大小，然后加热到半固态状态。在加热过程中，首先发生再结晶，然后部分熔化，使固相晶粒分散在液相基体中，得到半固态坯料，该法制备的金属坯料纯净，产量大，对制备较高熔点的非枝晶组织合金具有其独特的优越性。

其机理是：形变使得晶粒内产生大量位错，在加热过程中，回复再结晶使熔化的部分液相渗入小角度晶界中，使得固相颗粒分开，从而使树枝状晶粒破碎，因此，应变诱发熔化激活法的工艺效果主要取决于较低温度的变形和等温处理两个阶段，通过对应变诱发熔化激活法进行改进，添加微量元素和进行循环热处理，可使晶粒尺寸减小，初生相的颗粒更圆整，并缩短了初生相球粒化的时间。固相颗粒表面弥散分布许多小黑点，其为液相，是由于局部能量起伏所造成。变形后的组织演变过程依次为：等轴晶或短树枝晶――小块状细晶粒――团块状――球状大晶粒――球状细晶粒。

所述浇铸温度为660～715℃，例如665℃、670℃、680℃、675℃、685℃、690℃、700℃、705℃、703℃、676℃、684℃、710℃，优选666～706℃，进一步优选672～702℃。

所述浇铸过程中加精炼剂。

所述压缩变形为冷压缩变形，常温下冷压缩变形率为6～8%，例如6.2%、6.4%、6.6%、6.8%、7%、7.2%、7.4%、7.6%、7.8%，优选6.3～7.7%，进一步优选6.5～7.5%。

由冷变形金属或合金的再结晶过程可知：当冷变形量较小时，由于变形不均匀，储存能少，驱动力小，形变率低，再结晶后长大的晶粒个数少，导致某些晶粒特别粗大，晶粒尺寸不均匀、不圆整；当冷变形量大时，由于储存能增加，导致形核率与长大率同时增加，但由于形核率的增加大于长大率的增加，故再结晶后的晶粒得到细化。