一种多层梯度组织镁合金的制备方法

本申请涉及合金加工，尤其涉及一种多层梯度组织镁合金的制备方法。

背景技术：

1、镁合金作为最具发展潜力的轻质金属结构材料之一，被广泛应用于航空航天、仪器仪表及车辆交通等关键领域。然而，镁合金在室温下的可开动滑移系数量有限，塑性变形能力相对较弱，且其强度与钛合金等金属材料相比存在明显差距，这些局限极大地制约了其在工业领域的进一步应用。为了提升镁合金的性能，传统加工方法多基于细晶强化、固溶强化等理论，但往往以牺牲塑性为代价来换取强度的提升。近年来，通过在镁合金中引入梯度组织，成为了提高材料性能的新思路。梯度组织在材料内部至表面或沿特定方向构建，大、小晶粒层有序分布，大晶粒层提供优良的塑性，小晶粒层则增强材料的强度，实现了强度与塑性的双重提升。特别是当梯度结构应用于材料表面时，能够赋予表面高硬度和高强度，同时保持内部良好的韧性和延展性。这种梯度结构的设计还允许通过控制材料内部组织的渐变方式，实现不同位置具有不同力学性能的材料制备。

2、目前，国内外已尝试多种具有梯度组织的镁合金板材的制备方法，例如添加稀土元素、改变合金成分，再辅以特殊轧制工艺来获得具有沿厚度方向梯度组织的镁合金；或利用局部加温局部变形，使镁合金在反复弯曲变形处不断累积塑性变形，从而构筑由内到外由大到小的梯度组织，增强镁合金棒材的强度与塑性；以及采用表面热处理、电化学沉积和表面机械研磨等表面热处理工艺，在获得由内到外从粗晶到细晶的梯度组织。上述制备方法抑或需要改变合金成分、工艺过程过于复杂，抑或粗细晶组织梯度不够大，性能改善作用不明显，抑或只能从内部向表面构筑，梯度组织构筑的灵活性、适应性差，无法满足工业应用。

技术实现思路

1、本申请实施例通过提供一种多层梯度组织镁合金的制备方法，解决了现有技术梯度组织构筑的灵活性、适应性差的问题。

2、为了实现上述目的，本发明实施例的技术方案是：

3、本发明实施例提供了一种多层梯度组织镁合金的制备方法，包括：对镁合金板材进行搅拌摩擦加工，在加工区域得到具有大角度晶界的等轴晶组织；对加工后的板材进行退火处理，使加工区域的晶粒长大至预设尺寸；对退火处理后的板材进行再加工，具体操作包括：在板材上一道焊缝处向后退侧偏移预设距离，再次对板材进行搅拌摩擦加工，同时，通过冷却介质改变搅拌摩擦加工时的冷却速度；重复再加工过程，每次采用具有不同冷却能力的冷却介质，在板材的加工区域逐层构建出具有预设梯度变化的晶粒尺寸结构的等轴晶组织，获得具有多层梯度组织的镁合金板材。

4、在一些可能的实现方式中，镁合金板材选用多道次热轧板材。

5、在一些可能的实现方式中，在对镁合金板材进行搅拌摩擦加工之前，方法还包括：对镁合金板材表面进行打磨并使用酒精进行冲洗。

6、在一些可能的实现方式中，搅拌摩擦加工采用的搅拌头以预设的旋转速度和加工速度进行，搅拌头的形状和尺寸根据所需的晶粒组织进行调整。

7、在一些可能的实现方式中，退火处理的温度和预设时间，根据晶粒生长至预设尺寸的要求确定。

8、在一些可能的实现方式中，冷却介质包括但不限于液体冷却介质、气体冷却介质或多种冷却介质的组合。

9、本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

10、本发明中，通过结合搅拌摩擦加工对镁合金板材引入剧塑性变形，随后通过热处理释放能量引起晶粒长大，便捷获得毫米级晶粒尺寸等轴晶组织。通过改变搅拌摩擦加工时的冷却速度，改变搅拌摩擦加工中的再结晶程度，获得不同尺寸的晶粒的等轴晶组织。此外，该方法可以对板材任意位置随时加工，无需改变合金成分，工艺过程简单，能在各种厚度的镁合金板材上制备出满足要求的梯度组织，适应性好，实用性强。

技术特征：

1.一种多层梯度组织镁合金的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述镁合金板材选用多道次热轧板材。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在对镁合金板材进行搅拌摩擦加工之前，所述方法还包括：对所述镁合金板材表面进行打磨并使用酒精进行冲洗。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述搅拌摩擦加工采用的搅拌头以预设的旋转速度和加工速度进行，所述搅拌头的形状和尺寸根据所需的晶粒组织进行调整。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述退火处理的温度和预设时间，根据晶粒生长至所述预设尺寸的要求确定。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述冷却介质包括但不限于液体冷却介质、气体冷却介质或多种冷却介质的组合。

技术总结本申请公开了一种多层梯度组织镁合金的制备方法，该方法包括：对镁合金板材进行搅拌摩擦加工，在加工区域得到具有大角度晶界的等轴晶组织；对加工后的板材进行退火处理，使加工区域的晶粒长大至预设尺寸；对退火处理后的板材进行再加工，具体操作包括：在板材上一道焊缝处向后退侧偏移预设距离，再次对板材进行搅拌摩擦加工，同时，通过冷却介质改变搅拌摩擦加工时的冷却速度；重复再加工过程，每次采用具有不同冷却能力的冷却介质，在板材的加工区域逐层构建出具有预设梯度变化的晶粒尺寸结构的等轴晶组织，获得具有多层梯度组织的镁合金板材。如此，可以对板材任意位置随时加工，无需改变合金成分，工艺过程简单，能在各种厚度的镁合金板材上制备出满足要求的梯度组织，适应性好，实用性强。技术研发人员：郑泽邦,辛海,詹梅,旷野,宋晓悦受保护的技术使用者：西北工业大学技术研发日：技术公布日：2024/8/5