[发明专利]一种高密度孪晶结构ZK21镁合金块体材料制备方法

说明书

一种高密度孪晶结构ZK21镁合金块体材料制备方法，包括合金的铸造和塑性加工，所述合金的铸造模具为方形水冷铜模，模具成型尺寸为150mm*150mm*150mm，模具冷却水容量为300±10ml，冷却水流速为3±0.5升/分钟；所述合金的塑性加工方式为室温小道次应变高应变速率三向锻造，锻造设备为空气锤，道次应变量为5±0.5％，变形道次为12道次。本发明通过水冷铜模制备晶粒粗大且近似固溶体的铸造组织，铸锭塑性加工前无需热处理；同时利用室温、高速、小道次应变、三向循环载荷变形获得高密度孪晶结构，适于高强度块体ZK21镁合金的生产。

技术领域

本发明涉及一种孪晶结构ZK21镁合金制备方法，具体涉及一种高密度孪晶结构ZK21镁合金块体材料制备方法。

背景技术

镁合金是最轻的金属结构材料，具有高比强度、高比刚度、良好的减振能力、优良的导热性和导电性、良好的尺寸稳定性、电磁屏蔽性和易于回收等特性。近年来，随着能源和环境问题的日益突出，镁合金作为新型工程材料迅速崛起，逐渐成为铝合金、钢铁和工程塑料等工程材料的理想替代品，在航空航天、交通运输、武器装备和电子电器等领域具有重要的应用价值和广阔的应用前景。

但镁合金的强度偏低以及高强镁合金开发的滞后严重制约了镁合金的大规模应用，因此，高强镁合金的研究和开发成为其满足工业需求的重要发展方向。孪晶强化是金属材料强化的有效方法，如何制备高密度孪晶结构提供足够的强化成为金属材料研究的热点，目前电解沉积、磁控溅射沉积等方法只能制备薄膜尺度高密度孪晶，高密度孪晶结构块体材料制备方法还鲜有报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种高密度孪晶结构ZK21镁合金块体材料制备方法，该方法工艺简单，加工效率高，可有效强化ZK21镁合金。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高密度孪晶结构ZK21镁合金块体材料制备方法，包括合金的铸造和塑性加工，所述合金的铸造模具为方形水冷铜模，模具成型尺寸为150mm*150mm*150mm，模具冷却水容量为300±10ml，冷却水流速为3±0.5升/分钟；所述合金的塑性加工方式为室温小道次应变高应变速率三向锻造，锻造设备为空气锤，道次应变量为5±0.5％，变形道次为12道次。

进一步，所述方形水冷铜模模具冷却水容量为300±5ml，更优选300ml。

进一步，所述方形水冷铜模冷却水流速为3±0.2升/分钟，更优选3升/分钟。

进一步，所述合金塑性加工前的状态为铸态块体材料。

进一步，道次应变量为5±0.2％，更优选5％。

进一步，空气锤的锻打次数为200±5次/min，更优选200次/min，锻打速度为5±0.5m/s，更优选5±0.5m/s。

本发明的有益效果在于：

(1)合金的铸造模具为方形水冷铜模，模具成型尺寸为150mm*150mm*150mm，模具冷却水容量为300±10ml，冷却水流速为3±0.5升/分钟，此时铸锭可以获得组织粗大的等轴晶组织，使得晶界滑移难以在后续塑性变形中发挥作用，从而促进孪生作用，保证高密度孪晶的形成；此外，合金元素在快速冷却的过程中来不及析出，基本获得单相固溶体，在塑性加工前无需进行热处理，缩短了制备周期。

(2)合金的塑性加工温度为室温，在此温度下基面滑移、柱面滑移和锥面滑移难以启动，塑性变形主要以孪生机制进行，从而保证高密度孪晶的形成。