一种强度和塑性匹配良好的变形镁合金板材及制备方法

技术领域

本发明涉及金属板材轧制技术领域，具体涉及强度和塑性匹配良好的变形镁合金板材及制备方法。

背景技术

在构件轻量化以实现二氧化碳低排放的大背景下，具有低密度、高比强度和比刚度的变形镁合金板材，在汽车工业和航空航天领域具有巨大的市场需求和应用前景。然而变形镁合金板材由于其密排六方的晶体结构导致在室温条件下的独立滑移系有限，使得变形镁合金板材室温塑性变形能力较差。另外，变形镁合金板材在加工制备过程中容易形成较强的基面织构，进而导致后续成形加工困难，制约了其大规模应用。因此，通过织构调控实现变形镁合金板材织构的弱/非基面化，是改善其室温塑性变形能力的重要手段。

Jian Tu等在“Effect of rolling speeds on texture modification andmechanical properties of the AZ31 sheet by a combination of equal channelangular rolling and continuous bending at high temperature, Journal of Alloysand Compound”开发了一种等径角轧制-连续弯曲-退火（equal channel angularrolling-continuous bending-annealing, ECAR-CB-A）的镁合金板材织构调控新工艺，成功在AZ31镁合金板材制备出一种非常罕见的、由法向ND向轧向RD偏转45°左右的双峰分离特殊非基面织构。具有该特殊织构的AZ31镁合金板材的室温IE值达7.4mm，已达到国际一流水平，有望突破传统镁合金板材室温塑性成形方面的瓶颈。然而Denghui Song等在“Denghui Song et al. Improved stretch formability of AZ31 sheet via texturecontrol by introducing a continuous bending channel into equal channelangular rolling, Journal of Materials Processing Technology”研究表明ECAR-CB-A工艺制备的该特殊非基面织构AZ31镁合金板材在力学性能上表现出显著的强度降低现象，其在沿轧向RD拉伸时的屈服强度仅为74MPa左右，明显低于常用基面织构AZ31镁合金板材的屈服强度。

众所周知，镁合金板材强度的降低会制约其成形零件的应用范围，这意味着，尽管该特殊非基面织构可以显著提升板材的室温塑性变形能力，基本消除基面织构对板材室温塑性变形能力的不利影响，但是如果不能有效地提高板材强度，就无法制备出强度和塑性匹配的高性能镁合金板材，进而无法适应工业化应用的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种强度和塑性匹配良好的变形镁合金板材及制备方法，其能够在保留变形镁合金板材非基面织构特征的同时，通过在板材内部引入大量相互平行或交叉的{10-12}拉伸孪晶实现强度的明显提升，最终实现非基面织构变形镁合金板材强度和塑性良好匹配。

本发明所述的强度和塑性匹配良好的变形镁合金板材的制备方法，其包括如下步骤：

S1，深冷处理+低速轧制+退火；

S11，将非基面织构变形镁合金板材深冷处理0.5~2h；

S12，深冷处理完成后进行低速轧制，轧制变形量为2.5~5%，轧制速度为0.1~0.5m/s；

S13，置于空气中自然恢复至室温，然后进行回复退火处理，淬火；

S2，深冷处理+高速轧制+退火；

S21，将S1处理后的变形镁合金板材深冷处理0.5~2h；

S22，深冷处理完成后进行高速轧制，轧制变形量为2.5~5%，轧制速度为5~10m/s；

S23，置于空气中自然恢复至室温，然后进行回复退火处理，淬火，得到强度和塑性匹配良好的变形镁合金板材。

进一步，S11和S21的深冷处理均是将变形镁合金板材置于液氮环境中进行。

进一步，所述S13中回复退火处理的退火温度为80~120℃，退火保温时间为0.5~1h。

进一步，所述S23中回复退火处理的退火温度为140~180℃，退火保温时间为0.5~2h。

采用上述方法制备得到的强度和塑性匹配良好的变形镁合金板材。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果。

1、本发明首先通过深冷处理+低速轧制，在非基面织构变形镁合金板材中激活大量的位错运动，配合后续的退火处理，进而在变形镁合金板材中引入大量的位错亚结构，为{10-12}拉伸孪晶的引入提供更多的形核位点。随后通过深冷处理+高速轧制，在有效抑制位错运动的同时，引入大量相互平行或交叉的{10-12}拉伸孪晶，配合后续的退火处理，在确保不发生晶粒再结晶的条件下使得位错密度显著降低，最终得到含有大量相互平行或交叉的{10-12}拉伸孪晶的非基面织构变形镁合金板材。通过大量相互平行或交叉的{10-12}拉伸孪晶的引入，提升了非基面织构变形镁合金板材沿RD方向的拉伸屈服应力，同时塑性性能无显著变化，实现了非基面织构变形镁合金板材强度和塑性良好匹配。

2、本发明采用液氮对镁合金板材进行深冷处理，液氮是制氧工业的副产品，价格低廉，原料来源广，节约能源，容易存储和运输、化学性能稳定、无毒无污染，与常规热处理相比，成本极其低廉。

3、本发明采用普通轧机即可实现低速轧制和高速轧制，操作简单安全，有利于大规模工业化应用。

附图说明

图1是本发明所述强度和塑性匹配良好的变形镁合金板材微观形貌图；

图2是本发明所述强度和塑性匹配良好的变形镁合金板材的织构示意图；

图3是本发明所述强度和塑性匹配良好的变形镁合金板材的力学行为图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明。

实施例一，一种强度和塑性匹配良好的变形镁合金板材的制备方法，其包括如下步骤：

S1，深冷处理+低速轧制+退火；

S11，将非基面织构AZ31镁合金板材置于液氮环境中深冷处理0.5h，非基面织构AZ31镁合金板材的初始厚度为1.2mm；

S12，深冷处理完成后立即对板材进行低速轧制，轧制变形量为3%，轧制速度为0.2m/s；

S13，置于空气中自然恢复至室温，然后进行回复退火处理，退火温度为85℃，退火保温时间为0.5h，淬火。通过深冷处理+低速轧制，在非基面织构变形镁合金板材中激活大量的位错运动，配合后续的回复退火处理，进而在变形镁合金板材中引入大量的位错亚结构，为{10-12}拉伸孪晶的引入提供更多的形核位点。

S2，深冷处理+高速轧制+退火；

S21，将S1处理后的AZ31镁合金板材置于液氮环境中深冷处理0.5h；

S22，深冷处理完成后立即对板材进行高速轧制，轧制变形量为3%，轧制速度为5m/s；

S23，置于空气中自然恢复至室温，然后进行回复退火处理，退火温度为140℃，退火保温时间为1h，淬火，得到强度和塑性匹配良好的AZ31镁合金板材。通过深冷处理+高速轧制，在有效抑制位错运动的同时，引入大量相互平行或交叉的{10-12}拉伸孪晶，配合后续的退火处理，在确保不发生晶粒再结晶的条件下使得位错密度显著降低，最终得到含有大量相互平行或交叉的{10-12}拉伸孪晶的非基面织构变形镁合金板材。通过大量相互平行或交叉的{10-12}拉伸孪晶的引入，提升了非基面织构变形镁合金板材的RD方向的拉伸屈服应力，同时塑性性能无显著变化，实现了非基面织构变形镁合金板材强度和塑性良好匹配。

参见图1，对制得的强度和塑性匹配良好的AZ31镁合金板材进行微观形貌观察，在板材内部晶粒仍然呈现等轴晶特征，同时晶粒内部出现大量相互平行或交叉的{10-12}拉伸孪晶。

参见图2，观察制得的强度和塑性匹配良好的AZ31镁合金板材的织构特征，板材仍然呈现典型的双峰分离特殊非基面织构特征。

对制得的强度和塑性匹配良好的AZ31镁合金板材进行力学性能分析，以基面织构AZ31镁合金板材和非基面织构AZ31镁合金板材作为对比例。参见图3，相较于对比例，实施例一制得的板材强度指标显著提升，RD方向拉伸屈服强度应力高达175MPa左右，塑性指标无显著变化，RD方向断裂延伸率约为18%，实现了非基面织构变形镁合金板材强度和塑性良好匹配。

实施例二，一种强度和塑性匹配良好的变形镁合金板材的制备方法，其包括如下步骤：

S1，深冷处理+低速轧制+退火；

S11，将非基面织构AZ61镁合金板材置于液氮环境中深冷处理1h，非基面织构AZ61镁合金板材的初始厚度为2.5mm；

S12，深冷处理完成后立即对板材进行低速轧制，轧制变形量为4%，轧制速度为0.4m/s；

S13，置于空气中自然恢复至室温，然后进行回复退火处理，退火温度为100℃，退火保温时间为1h，淬火。

S2，深冷处理+高速轧制+退火；

S21，将S1处理后的AZ61镁合金板材置于液氮环境中深冷处理1h；

S22，深冷处理完成后立即对板材进行高速轧制，轧制变形量为4%，轧制速度为7m/s；

S23，置于空气中自然恢复至室温，然后进行回复退火处理，退火温度为170℃，退火保温时间为1h，淬火，得到强度和塑性匹配良好的AZ61镁合金板材。

对制得的AZ61镁合金板材进行EBSD表征分析，其在保持典型的双峰分离特殊非基面织构特征的同时，晶粒内部亦存在大量相互平行或交叉的{10-12}拉伸孪晶，成功通过所述制备方法将RD方向拉伸屈服应力从135MPa左右提升至263MPa左右，而RD方向断裂衍延伸率无显著变化，约15%左右，成功达到了非基面织构变形镁合金板材强度和塑性匹配良好的目的。