一种挤压态Mg-Al系合金材料强韧化方法

本发明涉及镁合金材料加工，具体涉及一种挤压态mg-al系合金材料强韧化方法。

背景技术：

1、镁合金具有比强度高、密度小、易于回收、资源丰富等优点，在汽车、航空航天、武器装备、3c产业等尖端领域有着广泛的应用。然而随着科学技术的高速发展，对于镁合金构件的使用性能以及制造效率提出了越来越高的要求。特别是对于大量使用的镁铝系(mg-al)合金来说，如何能够进一步提升力学性能，实现高强高韧镁合金构件的快速应用，具有重要的意义。目前，采用轧制、等通道挤压、往复挤压等大塑性变形工艺，通过细化晶粒尺寸的方式，是有效且常用的工艺手段。然而，mg-al合金作为密排六方结构的材料，在经过变形后会存在较强的基面织构，导致室温成形性差，使得形变强化效果有限。

2、为了获得更高的强度，变形态的mg-al合金往往需要数小时的固溶和随后的时效热处理，通过对第二相的调控，进一步提升工件性能。对于传统的热处理工艺来说，首先加热温度较高(一般在400℃以上)，使得镁合金需要放置在保护气氛中以避免样品表面形成氧化层或者发生晶粒长大现象，这就使得热处理工艺繁琐且良品率低；其次热处理时间长，高达数小时甚至数十小时的热处理工艺，增加了大量的能源和时间的消耗，极大地提高了生产成本，影响生产效率。

3、因此，如何克服变形态mg-al合金热处理工艺的不足，促进高强韧镁合金生产工艺的发展显得尤为重要。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种挤压态mg-al系合金材料强韧化方法，该方法生产效率高，能够综合提升mg-al合金的力学性能，降低能耗。

2、本发明还提供一种mg-al合金材料。

3、本发明还提供所述mg-al合金材料的应用。

4、具体而言，本发明第一方面实施方式涉及一种挤压态mg-al系合金材料强韧化方法，包括步骤：

5、对挤压态mg-al合金进行电脉冲处理，所述电脉冲处理的电流密度不超过2000a·mm-2，脉宽为500～3000μs。

6、根据本发明第一方面实施方式的挤压态mg-al系合金材料强韧化方法，至少具有如下

7、有益效果：

8、mg-al系合金中第二相类型简单，主要是mg17al12相，经研究发现，电脉冲处理对该第二相影响显著。通过控制电脉冲处理的电流密度和脉宽在适宜范围，实现了mg-al合金中mg17al12析出相的有效调控，进而得到强韧兼备的高性能mg-al合金材料，解决了挤压态mg-al合金强度和延伸率较差的问题。

9、利用电脉冲引起的热效应与非热效应，对挤压态mg-al合金材料进行电脉冲处理，可以在极短的时间(数十秒或上百秒)内对材料内部的显微组织中析出相的数量、分布、形貌等进行调控，通过析出相强化效果，制备出强度和韧性好的mg-al合金材料。在本方法的电脉冲参数下，处理过程的温升低至200℃以下，明显低于常规热处理温度，处理时间也明显更短，因而更不容易发生热氧化，利于保证材料的性能稳定性。而常规热处理主要利用热效应原理，考虑到al在mg中的极限固溶度约12.7wt％，且随温度的降低显著减少，对常规热处理工艺来说，需要使用更高的处理温度来保证al的固溶度在合适范围，以获得更优性能的mg-al合金材料。

10、与常规热处理工艺相比，本方法处理效率高，能耗低，不存在长时间热处理易发生氧化的问题，且工艺稳定可控，易于调节，便于实施应用，有效解决了常规热处理工艺能耗大、效率低、易热氧化等问题。

11、根据本发明的一些实施方式，所述电脉冲处理的电流密度为500-2000a·mm-2，例如可以是500a·mm-2、700a·mm-2、1000a·mm-2、1300a·mm-2、1500a·mm-2、1800a·mm-2、2000a·mm-2或它们之间的任意数值。

12、控制电流密度在上述范围，更利于mg-al合金的显微组织和性能调控。

13、根据本发明的一些实施方式，所述脉宽为500μs、1000μs、1500μs、2000μs或它们之间的任意数值。

14、根据本发明的一些实施方式，所述电脉冲处理的脉冲次数为30～200次，例如可以是30次、60次、100次、150次、200次或它们之间的任意次数。

15、脉冲次数太少，可能作用不明显，次数太多可能造成不必要的能耗，次数过多还可能影响改性效果。

16、根据挤压态mg-al合金的成分或成型工艺的差异，其内部的微观组织形态可能不同，进而为实现更优改性效果所适配的电流密度、脉宽或脉冲次数范围可能不同。

17、本发明对脉冲频率没有特别要求，由于采用的脉冲电流为矩形脉冲波，单次充放电时间较长，一般频率不会太高，例如，实施例中，频率为1hz，具体频率容易根据实际情况合理选择。

18、根据本发明的一些实施方式，还包括在所述电脉冲处理过程中测试被处理的mg-al合金的表面温度的操作。具体可以通过在mg-al合金表面搭接接触式热电偶测温仪进行测试。

19、根据本发明的一些实施方式，所述电脉冲处理过程中，所述挤压态mg-al合金的表面温度不超过200℃。

20、根据本发明的一些实施方式，所述挤压态mg-al合金的组成包括mg及以下成分：al3wt％～10wt％，zn0.5wt％～1.5wt％。

21、al含量对合金性能影响大，随着al含量的增加，合金的结晶温度范围变小，流动性变好，晶粒变细，热裂及缩松倾向得到改善，利于提高抗拉强度和疲劳强度等性能。添加少量zn元素，可以进一步提高强度，改善耐蚀性。

22、可以理解，受原材料或生产设备影响，合金中可能存在不可避免的其他杂质元素，为保证合金性能，一般尽可能减少杂质元素含量，例如，控制杂质元素总含量<0.01wt％。

23、根据本发明的一些实施方式，所述挤压态mg-al合金的制备方法包括以下步骤：

24、将mg-al合金依次进行均匀化处理和挤压处理，得到挤压态mg-al合金；其中，所述均匀化处理的加热温度为350～430℃，所述均匀化处理的加热时间为4～8h；所述挤压处理的温度为300～350℃。

25、挤压工艺参数不同，影响挤压态mg-al合金的显微组织，选择上述挤压工艺参数，利于提升电脉冲工艺的改性效果，提高工艺稳定性。

26、根据本发明的一些实施方式，所述均匀化处理的加热温度为350℃、400℃、430℃或它们之间的任意数值。

27、根据本发明的一些实施方式，所述均匀化处理的升温速率≤10℃/min，例如可以是5～10℃/min。

28、根据本发明的一些实施方式，所述均匀化处理的加热时间为4h、6h、8h或它们之间的任意时间。

29、根据本发明的一些实施方式，所述挤压处理采用正挤压工艺。

30、正挤压工艺中，金属流动方向与挤压杆运动方向相同，挤压力更大，利于改善mg-al合金的表面质量和力学性能。

31、根据本发明的一些实施方式，所述挤压处理的温度为300℃、310℃、320℃、330℃、340℃、350℃或它们之间的任意数值。

32、根据本发明的一些实施方式，所述挤压处理的保温时间为10～15min。

33、根据本发明的一些实施方式，所述挤压处理的挤压速率选择0.5～2mm/s，挤压比不高于5。具体地，挤压速率选择0.5mm/s、1mm/s、1.5mm/s、2mm/s或它们之间的任意数值。挤压比可选为2～5之间的任意数值。

34、对具体类型的mg-al合金而言，容易参考上述例举的工艺参数条件，选择适宜的均匀化或挤压工艺，以实现更优的性能。

35、本发明第二方面实施方式涉及一种mg-al合金材料，其采用上述的方法制得。

36、根据本发明第二方面实施方式的mg-al合金材料，至少具有如下有益效果：

37、采用上述方法制备的mg-al合金材料强韧性好，且在生产效率、能耗和良率等方面具备明显优势，更具应用前景。

38、根据本发明的一些实施方式，所述mg-al合金材料的组成包括mg及以下成分：al3wt％～10wt％，zn0.5wt％～1.5wt％。以及任选地，不可避免的杂质元素总含量<0.01wt％。

39、根据本发明第三方面实施方式涉及所述mg-al合金材料在汽车、航空航天、武器装备或3c制品中的应用。

40、mg-al合金是镁合金中常见的商业镁合金类型，使用范围广泛，适用于汽车、航空航天、武器装备或3c制品等领域，具备高附加值，具有重要的商业应用价值。

41、定义

42、本文所述“变形态mg-al合金”是指将mg-al合金(如mg-al合金铸件)经轧制、挤压等塑性变形工艺加工得到的制件，在加工前，可以进行热处理。

43、所述“挤压态mg-al合金”是“变形态mg-al合金”中的一种，具体是采用挤压工艺制得。

44、所述“mg-al合金”是指以al为主要掺杂元素的镁合金，其中，al掺杂量一般不超过10wt％。除了al以外，还可能含有更少量甚至微量的其他元素，例如zn、mn、cu、sn或稀土元素等，以进一步改进镁合金的力学性能、耐蚀性或加工性能等。

45、若无特殊说明，本发明的数值范围均包含端值在内，例如“10～15min”包括端值10min和15min。

46、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。