[发明专利]一种使低含量镁合金具有均匀细晶的变温控轧制备方法

说明书

一种使低含量镁合金具有均匀细晶的变温控轧制备方法，所述的低含量镁合金是指化学成分质量百分比小于等于5％的镁合金，如AZ31、ZX20、ZX10和AZ21等。使低含量镁合金具有均匀细晶的变温控轧制备方法包括：添加微量晶粒细化元素，变温轧制调控晶粒尺寸和高温短时再结晶处理三个步骤。本发明通过引入微量细化元素结合变温控轧手段，解决了低含量镁合金难细化，室温或者室温温度以下难变形的技术束缚，制备出平均晶粒尺寸＜3微米的低含量镁合金薄板，为短流程、低成本制备微米级晶粒尺寸的新型高性能镁合金板材提供了思路。

技术领域

本发明涉及镁合金材料领域，特别是涉及一种使低含量镁合金具有均匀细晶的变温控轧制备方法。

背景技术

镁合金是最轻的工程结构金属材料，使用镁合金代替传统的钢铁材料是汽车轻量化的有效方法，然而镁合金也存在成型性差、力学性能难以满足使役需求等不足。如何提高镁合金的力学性能是国际上亟待解决的关键难题。减小晶粒尺寸可以明显提升镁合金的室温和高温强塑性，是目前镁合金高性能化的主要方法之一。然而目前对于细化镁合金晶粒的研究主要集中在高含量镁合金领域。高含量镁合金易细化是由于含有较多析出相，塑性变形时析出相附近位错密度高，再结晶驱动力大，大量析出相能提供足够数量的形核位点，能有效抑制再结晶晶粒长大。而低含量镁合金中析出相含量较少、钉扎效果弱，易发生再结晶晶粒长大。减少合金含量能显著降低生产成本，利于产业应用，因此如何有效细化低含量镁合金意义重大。

等通道挤压(ECAP)、高压扭转(HPT)、搅拌摩擦(FSP)和累积叠轧(ARB)等大变形方法(SPD)是细化镁合金晶粒尺寸的有效方法。然而SPD仍处于实验室阶段，多限于制备小尺寸样品，不能满足车体上大尺寸试件制备需求，难以实现产业化。如专利申请号为201310355624.0公布的稀土镁合金挤压模具及挤压方法，采用等通道挤压的方法可制备出亚微米或纳米级晶粒尺寸的块体材料，但制备的镁合金零件尺寸小(直径为14毫米)、挤压速度慢(2毫米/秒)、生产效率低、设备复杂，严重限制了镁合金的产业应用。轧制可以生产出大尺寸的镁合金薄板，且操作简单、成本低廉和生产效率高，是产业化生产镁板的有效手段。亟需针对低含量镁合金的细化难问题，提出新型控轧制备方法。

目前镁合金塑性变形通常在高温环境下进行，这样不仅能耗高，而且高温变形过程中会产生位错回复、晶粒长大，显著降低了镁合金材料的晶粒细化效果，如专利申请号为201410778595.3公布了一种宽幅细晶镁合金超薄板的制备方法，该专利通过对热挤开坯后的板材往复热轧，制备出平均晶粒尺寸小于20微米的镁合金薄板。由于高温保温过程会导致再结晶晶粒长大，因此仅采用热轧的方法无法使晶粒足够细小。采用深过冷轧制的方法可抑制位错回复，为后续再结晶退火过程积累大量驱动力；同时低温也能有效阻止晶粒长大。因此探索在深过冷环境下镁合金如何塑性加工变形十分必要。

本专利通过添加微量晶粒细化元素结合近快速凝固能初步细化镁合金铸造组织；然后通过热轧积累一定的位错获得具有一定初始晶粒尺寸的镁板，随后的深过冷轧制过程中，积累大量位错，为后续再结晶过程提供驱动力；最后通过短时再结晶处理即可获得性能优异的细晶镁合金薄板。本发明填补了深过冷环境下低含量细晶镁合金塑性加工空白，有效提高了镁合金的室温和高温强塑性，利于企业批量生产。

发明内容

本发明的目的是开发一种使低含量镁合金具有均匀细晶的变温控轧制备方法，该方法解决了低含量镁合金细化难技术问题，实现了平均晶粒尺寸＜3微米的镁合金板材制备，为短流程、低成本制备微米级晶粒尺寸的新型高性能镁合金板材提供了思路。

本发明的技术方案是：

将商业镁合金加热熔化，添加多元微量晶粒细化元素，通过近快速凝固制备过饱和固溶的镁合金板坯；将过饱和固溶的镁合金坯料先在高温环境下快速轧制3-6道次，然后在深过冷环境下慢速轧制3-20道次；最后通过高温短时退火，最终获得具有均匀细晶的低含量镁合金板材。

该制备方法包括引入微量晶粒细化元素、变温轧制调控晶粒尺寸和高温短时再结晶处理三个步骤：