一種可快速軋制成形的鎂金屬板材及其軋制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鎂合金合金板材乳制成形工藝，屬金屬材料制造技術(shù)，具體為一種鎂金屬板材的成形方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鎂合金作為一種新型輕金屬應(yīng)用材料，具有比強(qiáng)度高、比重小、高阻尼、高導(dǎo)熱以及減震性好、易于回收等優(yōu)點。因此，近年來鎂合金在航空航天、汽車、3C產(chǎn)品等方面得到了廣泛地應(yīng)用，被業(yè)內(nèi)公認(rèn)為最有前途的輕量化金屬材料。然而，鎂為密排立方結(jié)構(gòu)，其在溫度較低的情況下加工性能不佳，這對其板材制備造成了很大困難。但是作為金屬材料出成形產(chǎn)品中一種非常重要的金屬加工產(chǎn)品，板材是一種中間產(chǎn)品的重要供應(yīng)品，它的應(yīng)用可大大簡化鎂金屬材料深加工中的工藝流程，簡化復(fù)雜工藝，從而降低生成成本，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。
[0003]—種合金的塑性加工能力的好壞與合金成分密切相關(guān)。根據(jù)合金成分對合金塑性加工能力的影響，將合金分為鑄造、擠壓、乳制及鍛造鎂合金產(chǎn)品。雖然擠壓、乳制及鍛造均為鎂金屬的變形加工工藝，但其加工變形機(jī)理有較大不同。有的合金只可擠壓加工，有的合金不可乳制加工，如常見的AZ31合金為一種常見的擠壓用合金成分，ZK60為一種常見的擠壓合金成分。國內(nèi)常見的擠壓鎂合金主要為MB1、MB5等，能夠用于板材乳制加工的合金主要為MB3、MB8及MB22等?？傮w來講，牌號變形鎂金屬材料的種類較少，而板材變形鎂金屬材料則更少。從材料設(shè)計方面考慮，合金中粗大第二相的含量越少越利于鎂金屬板材的加工，否則導(dǎo)致合金在乳制過程中的開裂。
[0004]Zn是一種常見的合金化元素，它可顯著改善合金的流動性和強(qiáng)度。目前關(guān)于含有Zn的鎂金屬種類較多，目前過多地集中在Mg-Zn-RE(Zr)、Mg-RE_Zn (Zr)合金體系中，RE為稀土元素簡稱。如目前研究較多的Mg-Zn-Y或者M(jìn)g-Y-Zn等合金，該類合金中含有I (準(zhǔn)晶)_相或W-相或LPS0(長周期層錯堆積)-相等三類較為突出的相。這類初生第二相最大特點就是尺寸過于粗大，分布不均勻，且不易熱處理，這直接導(dǎo)致合金乳制加工中的開裂失效，針對此種特點該類合金的擠壓產(chǎn)品較多，這限制了其在汽車、航空航天等方面的商業(yè)化應(yīng)用。
[0005]因此，獲得可乳制加工的合金成分至關(guān)重要。目前作為一種有效的可用于乳制成形的鎂金屬成分?，F(xiàn)有的含Zn合金除了含有上述三種粗大不易消溶的三元相外，另一個特點就是Zn、RE (稀土)含量高，Zn含量高導(dǎo)致合金加工中熱裂，RE含量高導(dǎo)致合金成本過高。選擇合理的合金成分，即避免合金因合金化成分較低導(dǎo)致性能偏低，又避免合金因Zn含量較高而加工性能偏差。因此選擇Zn及RE的添加量，是開發(fā)一種可乳制加工成形鎂金屬的關(guān)鍵。而且，Mg-Zn-RE鎂合金的乳制溫度區(qū)間小，較難控制，合格成品率降低，因此研究獲得Mg-Zn-RE鎂合金的乳制條件顯得至關(guān)重要。
[0006]鑒于鎂金屬晶體結(jié)構(gòu)特點，因此采用低溫、高速率、高單道次變形量的快速乳制工藝很難獲得高質(zhì)量的鎂金屬板材。所以，在鎂金屬板材生產(chǎn)制備方面主要采用高溫條件下熱乳處理，一般熱乳溫度較高為350?500°C，單道次變形量較小為5?10%，這中加工條件導(dǎo)致鎂金屬的加工效率較低，無法達(dá)到快速加工成形的目的，因此亟待開發(fā)一種可快速乳制成形的鎂金屬乳制工藝。
[0007]另外，由于鎂金屬的密排六方結(jié)構(gòu)，在加工過程中還有寬幅薄板材加工困難的問題。因此，在乳制過程中，除了考慮乳制溫度、速率及單道次變形量等外，還要配合乳制過程中的在線熱處理問題，也就是利用熱處理技術(shù)提高金屬的加工塑性，獲得晶粒細(xì)小、組織均勻、各向異性明顯的板材預(yù)處理品，因此綜合考慮樣品的加工要求和尺寸規(guī)格，乳制過程中對樣品的在線熱處理顯得尤為重要。然而，目前鎂金屬乳制工藝中幾乎沒有涉及到這方面的內(nèi)容。
[0008]本發(fā)明中涉及到一種新可快速乳制成形Mg-Zn-Er合金板材及其制備方法，其組成及質(zhì)量百分比為0?5.0wt.% Ζη，0?1.0wt.% Er，Zn與Er質(zhì)量百分比之和不低于
0.5%且不高過5.0%，其余量為Mg。該合金成分明顯區(qū)別于當(dāng)前報道的含有I相、W相的Mg-Zn-RE (RE = Y，Er，Gd等稀土元素)合金，稀土的添加量較少，集中在微合金化的范疇里，且Zn及RE的總體添加量有一定的限制，即不高于5.0%。結(jié)合特定的乳制工藝，在本專利中闡述為一種新型的乳制工藝，其主要特點為高低溫結(jié)合的分段乳制，即高溫高變形量乳制階段，低溫中變形量乳制階段，高低溫度的分界點為合金的動態(tài)再結(jié)晶溫度線±25°C。變形溫度區(qū)間分為高溫、低溫區(qū)，高溫區(qū)高變形量，低溫區(qū)較低變形量，乳制速率較高，集中在
1.0?2.5m/s，并在在乳制過程中采用多向乳制技術(shù)。本專利中涉及到的這種合金及其乳制技術(shù)是不同于以往的鎂金屬及其板材制備技術(shù)，其可在快速制備工藝下獲得表面光滑、厚度較薄且無裂變開裂的優(yōu)質(zhì)鎂金屬板材。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]本發(fā)明中涉及到一種新的合金及其制備方法，提供了一種可快速乳制成板材的鎂金屬材料。發(fā)明中的Mg-Zn-Er合金，其合金化成分范圍較低，且不含有Zr等較貴金屬，是一種價格低廉又可快速乳制板材的鎂金屬材料。突破了當(dāng)前鎂金屬塑性不足，使得鎂金屬板材加工制備、成形困難，是一種具備應(yīng)用前景的鎂金屬板材材料。
[0010]合金成分:
[0011]為了獲得該超塑性能力較好的Mg-Zn-Er合金，本發(fā)明采用了以下成分:選擇Zn、Er作為主要合金化元素，其添加量分別為0?5.0wt.% Zn，0?1.0wt.% Er, Zn與Er質(zhì)量百分比之和不低于0.5%且不高過5.0%，其余量為Mg，優(yōu)選Zn、Er的含量均不為0。采用普通熔煉獲得該鑄造合金。
[0012]乳制工藝:
[0013]將制備的合金鑄坯進(jìn)行熱處理，熱處理溫度為400°C，保溫時間為10h，并放于70°C溫水中淬火。然后進(jìn)行分段乳制，至少包含依次高溫乳制和低溫乳制，高溫乳制溫度區(qū)間為350?500°C，每道次變形量在25?35%，低溫乳制溫度區(qū)間為250?350°C (不包含350°C )，每道次變形量在10?25%，高溫乳制和低溫乳制累計變形量不小于80%。
[0014]高溫乳制和低溫乳制的乳制速率控制在1.0?2.5m/s，在整個的分段乳制過程采用多向乳制方法，即以法線為軸分別旋轉(zhuǎn)0°，45°及90°進(jìn)行乳制。最后獲得的板材厚度為1.0?2.0_，表面及邊緣光滑，無開裂。
[0015]進(jìn)一步上述在乳制過程中，兩相鄰道次變形乳制過程的溫度大于等于45°C時，在進(jìn)行第二道次變形乳制前進(jìn)行保溫處理，保溫溫度為第二道次變形乳制的溫度，保溫時間為15-30min ;進(jìn)一步優(yōu)選在兩相鄰道次變形乳制過程的溫度大于等于100°C，且第一次變形乳制溫度高于第二次變形乳制溫度時，在進(jìn)行第二道次變形乳制前進(jìn)行兩次保溫處理，第二次保溫處理的溫度為第二道次變形乳制的溫度，第一次的保溫溫度介于對應(yīng)兩道次變形乳制溫度之間的某溫度；兩次保溫時間分別為15-30min。
[0016]本發(fā)明的實質(zhì)性特點及顯著進(jìn)步:
[0017]1)發(fā)明了一種可快速乳制成形的鎂金屬材料，總變形量可達(dá)80%以上，乳制速率最大可達(dá)2.5m/s，單道次最大變形量可達(dá)35 %，其成形能力優(yōu)于目前常見的Mg-Zn-RE系合金。
[0018]2)本發(fā)明采用了一種新型的乳制技術(shù)，稱該技術(shù)為分段乳制，即高溫高變形量乳制階段，低溫中變形量乳制階段，高低溫度的分界點為合金的動態(tài)再結(jié)晶溫度線±25°C。其明顯的特征在于高溫乳制溫度區(qū)間為350?500°C，每道次變形量在25?35%區(qū)間內(nèi)，低溫乳制溫度區(qū)間為250?350°C (不包含350°C )，每道次變形量在10?25%區(qū)間內(nèi)。
[0019]3)本發(fā)明中的乳制技術(shù)除了高低溫分段乳制外，還采用了多向乳制，以法線為軸，分別旋轉(zhuǎn)樣品0°，45°及90°后進(jìn)行乳制。
[0020]4)新型超塑性輕質(zhì)鎂合金材料，其顯著區(qū)別于常規(guī)Mg-Zn-RE合金。
[0021]5)該合金的制備、加工方法簡單，成形能力強(qiáng)，變形速度快，不需要特殊設(shè)備即可獲得表面光滑的鎂金屬板材。
[0022]【附圖說明】書
[0023]圖1實施例1中鎂金屬板材；
[0024]圖2實施例2中鎂金屬板材；
[0025]圖3實施例3中鎂金屬板材。
【具體實施方