一种AZ80A镁合金锻坯挤压多向锻造复合工艺提高强度的方法与流程

本发明涉及一种提高az80a镁合金锻坯强度的方法，具体涉及一种通过锻坯挤压多向锻造复合工艺提高锻坯强度的方法。

背景技术：

镁合金比强度、比刚度高，是常用结构金属材料中最为轻质的，基于以上优点，镁合金在航空航天等军事领域，汽车制造业及手机制造业等领域有广泛的应用前景。但是镁合金承载结构件在这些领域应用却未达预期，主要是一方面其强度与铝合金、钢铁和钛合金结构件相比较低，另一方面室温下塑性和成形性较差。

az80a镁合金是一种常用的镁合金结构材料，其锻坯强度较低，导致最终模锻成形锻件强度较低，且通过后续热处理工艺不易改善。

技术实现要素：

本发明提供一种az80a镁合金锻坯挤压多向锻造复合工艺提高强度的方法，为解决目前az80a镁合金锻坯强度较低的问题。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：一种az80a镁合金锻坯挤压多向锻造复合工艺提高强度的方法，它包括以下步骤：

一、挤压坯料：将原始az80a镁合金锻坯加工成一定高度和直径的挤压坯料，在温度为275℃-400℃下挤压；

二、室温多向锻造：将得到的挤压坯料切取一定大小的长方体，以道次应变为0.1，对长方体相邻的三个侧面分别进行20道次室温锻造，得到最终的az80a镁合金锻坯。

本发明的有益效果是：本发明提出了一种解决az80a镁合金锻坯强度(包括屈服强度、抗拉强度)较低问题的方法。通过挤压和多向锻造复合技术获得了在基本保证塑性的前提下，抗拉强度、屈服强度显著提高的az80a镁合金锻坯。制造的锻坯其屈服强度达到385mpa，抗拉强度达到568mpa，远高于原始锻态坯料的屈服强度172mpa和抗拉强度280mpa，也高于挤压态的屈服强度197mpa和抗拉强度385mpa，该项发明可以应用于当前镁合金锻坯强度较低的不足，是提高镁合金锻坯的强度指标的一种有效方法。

附图说明

图1为az80a镁合金原始挤压坯料；

图2为az80a镁合金原始锻坯的原始组织；

图3为原始az80a镁合金锻坯室温拉伸的应力应变曲线图；

图4为挤压模具的凹模剖视图；

图5为挤压模具的凹模实物图；

图6为高温挤压后获得的棒材；

图7为多向锻造原理图；

图8为多向锻造原始坯料图；

图9为挤压后室温道次应变为0.2进行2道次多向锻造材料；

图10为挤压后室温以道次应变为0.1进行20道次多向锻造材料；

图11为275℃挤压后的微观组织图；

图12为挤压变形后az80a室温多向锻造后微观组织图；

图13为图12的局部放大图；

图14为挤压变形后az80a室温多向锻造后透射明场像的组织图；

图15为挤压变形后az80a镁合金室温多向锻造室温拉伸的应力应变曲线。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

结合图1-图15说明，一种az80a镁合金锻坯挤压多向锻造复合工艺提高强度的方法：它包括以下步骤：

一、挤压坯料：将原始az80a镁合金锻坯加工成一定高度和直径的挤压坯料，在温度为270℃-400℃下挤压；

二、室温多向锻造：将得到的挤压坯料切取一定大小的长方体，以道次应变为0.1，对长方体相邻的三个侧面分别进行20道次室温锻造，得到最终的az80a镁合金锻坯。

针对图1的az80a镁合金原始挤压，图2的原始az80a镁合金锻坯原始组织，进行拉伸测试获得的应力应变曲线如图3所示(横坐标“strain”代表应变，纵坐标“stress”代表应力)，其中■所在的曲线表示td方向的原始镁合金锻坯强度，●所在的曲线表示nd方向的原始镁合金锻坯强度，▲所在的曲线表示rd方向的原始镁合金锻坯强度，原始锻态az80a镁合金在td、nd和rd三个方向上的屈服强度和抗拉强度分别为116mpa和146mpa；172mpa和238mpa；274mpa和280mpa，其强度性能较低。挤压和锻造均采用已有设备。

为了保证挤压稳定可靠，得到的挤压坯料性能稳定，使用如图4和图5所示挤压凹模，该挤压凹模为现有技术。将原始az80a镁合金坯料加工成直径为60mm，高73.5mm的挤压坯料，在270℃-400℃下挤压，图6中由上至下分别表示275℃、325℃、350℃、375℃和400℃挤压得到棒材。

首先选择在275℃下挤压，此时挤压比为9。模具温度需比坯料温度低20℃以补偿挤压过程中由于摩擦和变形产生热量而引起温度的升高。

参照原始az80镁合金锻坯在td、nd和rd三个方向上的屈服强度和抗拉强度分别为116mpa和146mpa；172mpa和238mpa；274mpa和280mpa。对挤压后的棒材进行应力应变测试，获得其综合力学性能，发现经过不同温度挤压后屈服强度和抗拉强度提高到105mpa～197mpa和360mpa～385mpa，抗拉强度经过挤压变形后提高的幅度要大于屈服强度；同时，原始锻态坯料三个方向上的室温拉伸延伸率分别为3.6％、3.9％和3.1％，经过不同温度的挤压后材料的延伸率提高到16％左右。经过挤压变形后材料的抗拉强度和延伸率都得到了显著的提高。

在挤压的基础上，对挤压后的az80a镁合金材料进行室温多向锻造，图7为多向锻造原理图，其中，a、b和c表示相邻三个侧面，f表示锻造施加的力，按照a、b、c顺次进行室温多道次锻造，也即，在某一方向锻造变形达到一定变形程度后，立即翻转坯料，进行另外方向的锻造，然后翻转坯料进行其他方向的锻造，重复此过程，直到完成预期的锻造道次和变形程度。为了便于说明多向锻造，以一定长方体挤压材料为例，切取高、宽、长分别为20、21.5、22.5mm的立方体，图8为多向锻造原始坯料，经试验可得若以道次应变0.2多向锻，则两道次后发生开裂，不利于挤压材料的多向锻造，如图9所示。而以道次应变为0.1，分别沿z面、x面、y面进行20道次锻造，如图10所示。通过挤压变形室温多向锻造后得到的材料与挤压态的材料对比进行显微组织观察；挤压多向锻造后的材料内部存在大量的动态再结晶晶粒，在再结晶晶粒内出现大量的位错塞积，这些再结晶晶粒尺寸在250nm到460nm之间，材料内部大量存在的颗粒状β相晶粒细小均匀分布，尺寸在50nm到150nm之间；如图11所示，275℃下挤压后β相沿挤压方向呈长条状。经过室温多向锻造后，部分较大的块状β相得到一定程度破碎。如图12和图13所示，均匀弥散的β相的最大尺寸为0.7μm，要比原始挤压变形后的尺寸要小，而且亚微米第二相的数目较挤压态相比也有所增多。

对挤压变形后az80a镁合金室温多向锻造的试样进行透射观察，其透射明场像如图14所示。经过室温多向锻造后，材料内部存在大量的动态再结晶晶粒，在再结晶晶粒内出现大量的位错塞积，这些再结晶晶粒尺寸在250nm到460nm之间。材料内部大量存在的颗粒状β相弥散细小均匀分布，尺寸在50nm到150nm之间。锻造后镁合金内存在的再结晶晶粒尺寸为355nm，材料内部存在的β相颗粒尺寸为100nm时的强度较好。

为了进一步测试室温多向锻造后得到的材料的拉伸强度，对275℃挤压变形后az80a镁合金室温多向锻造后进行拉伸试验，图15为挤压变形后az80a镁合金室温多向锻造过程中的应力应变拉伸曲线图(横坐标“strain”代表应变，纵坐标“stress”代表应力)，其中■所在的曲线表示ed方向的多向锻造材料的强度，●所在的曲线表示rd方向的多向锻造材料的强度，□所在的曲线表示xd方向的多向锻造材料的强度。挤压变形后az80a镁合金在经过室温多向锻造后材料的强度得到了大幅度的提高，挤压方向上的抗拉强度由原来的385mpa提高到568mpa，屈服强度从139mpa提高到385mpa，提高显著，材料在该方向上的延伸率由原来的16％下降到5.12％。挤压变形后az80a镁合金经过室温多向锻造后材料的强度得到了显著的提高，同时材料还保持较好的塑性。其抗拉强度达到568mpa。挤压变形后的坯料经过室温多向锻造，晶粒尺寸得到显著的细化，根据透射图片可知平均晶粒尺寸为208nm，屈服强度为385mpa。

本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。