一种弱/非基面织构、低各向异性az61镁合金及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于镁合金塑性加工技术领域，具体涉及一种弱/非基面织构、低各向异 性AZ61镁合金及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 与其他金属相比，镁合金具有密度小、比强度高、减震性能好、导热性能好、加工性 能好等优点，在汽车、电子、通信、航空航天、国防等领域具有广阔的应用前景。然而，镁合金 具有密排六方结构，独立滑移系少，室温下主要以基面（0001)〈11_20>滑移为主，在高温下 才能启动其他更多的滑移系。因此，镁合金在室温下的综合力学性能不尽人意，严重限制其 大规模工业应用。
[0003] 而且商业镁合金在常规的加工方法（如挤压，乳制或锻造）过程中，通常形成较 强的基面织构，基面平行于加工方向（如挤压方向，乳制或锻造面的任意方向）。这种强基 面织构将导致明显的各向异性（如拉压不对称性），使镁合金具有不理想的强度与塑性匹 配。商业镁合金的常规锻造方法存在以下几个问题：1)由于镁合金导热性好、锻造温度范 围窄，常规的液压机或低速机械压力机慢速锻造前，需预热锻造工具，且低速锻造过程中， 样品温度容易降低至可锻温度范围之外，需重复加热至锻造温度，继续锻造，导致生产流程 繁琐，生产效率低，成本高；2)镁合金低速锻造时需要矿物油或石墨等润滑剂润滑，且单方 向需要大的变形量才能发生动态再结晶细化晶粒，单个方向上的大的变形量使其锻造过程 中易产生裂纹；因此，常常先对镁合金通过挤压开坯，然后采用挤压开坯的镁合金进行锻 造；3)镁合金低速锻造变形量太大容易形成强基面织构，导致力学性能表现为各向异性。
[0004] 针对常规锻造过程中存在的缺点，人们开始研究多向锻造工艺，试图改善镁合金 力学性能。目前，商业镁合金的多向锻造方法主要有恒温多向锻造、降温多向锻造、室温小 应变量多向锻造和多向锤锻方法。
[0005] 文献[X. S. Xia，M. Chen, Y. J. Lu，F. Y. Fan, C. H. Zhu，J. Huang, T. Q. Deng， S. F. Zhu,Microstructure and mechanical properties of isothermal multi-axial forging formed AZ61Mg alloy, Transactions of Nonferrous Metals Society of China，2013. 23(11) :p. 3186-3192]采用了 一种恒温多向锻造方法制备AZ61镁合金，单 道次变形量53%，锻造速率为4mm/s，锻造6道次。该锻造方法成功锻造了大尺寸的镁合 金块体材料，组织得到细化，同时力学性能得到改善，但是由于是恒温多向锻造，造成每道 次之间翻转锻件不方便，且都需要重新加热到变形温度并保温一段时间，锻造前模具也 需要预热，且整个锻造过程中需要润滑剂润滑，生产工序繁琐；锻造速率慢，应变速率在 5 X 10 2s 1，生产效率低；由于单道次变形量为53 %，最后锻造后形成强织构；所以该方法不 适合商业镁合金的大规模工业生产。
[0006] 文献[H. Miura，G. Yu, X. Yang, Multi-directional forging of AZ61Mg alloy under decreasing temperature conditions and improvement of its mechanical properties, Materials Science and Engineering A, 2011. 528 (22-23):ρ· 6981-6992]提 出了一种降温多向锻造方法，采用单道次大变形量59 %，锻造应变速率为3 X 10 3s 1，整个 锻造过程中无需重复加热，锻造温度350°C逐渐降到230°C，锻造5道次。该锻造方法采用 了降温加工的方法，解决了重复加热问题，一定程度上降低了成本、简化了生产流程，但是 整个多向锻造过程在真空环境中进行，锻造环境苛刻；单道次变形量大、锻造应变速率低， 且每道次锻造后样品形状严重变形，需矫正样品形状，以便后续的锻造，锻造过程复杂、生 产效率底、成本高；单道次变形量为59%，最后锻造后将形成强织构；所以该方法也不适合 商业镁合金的大规模工业生产。
[0007] 文献[H. Miura，T. Maruoka，X，Yang, J. J. Jonas, Microstructure and mechanical properties of multi-directionally forged Mg-Al-Zn alloy, Scripta Materialia，2012. 66(1) :p. 49-51]提出了一种小应变量室温多向锻造，采用单道次变形量 10 %，锻造应变速率3 X 10 3s 1，锻造20道次。锻造后平均晶粒尺寸可达到0. 6 μ m，抗拉强度 〇b、屈服强度〇y、延伸率δ分别可达到525MPa、480MPa、5%。该方法实现了室温小应变量 锻造，降低了成本，充分发挥了孪生的作用，原始晶粒被大量孪生分割，形成了细小的组织， 同时织构强度也得到了弱化，但是由于是室温变形，能够实施的锻造循环道次少，无法获得 组织均匀、完全再结晶的等轴晶，且锻造应变速率低，所以该方法同样也不适合商业镁合金 的大规模工业生产。
[0008] 中国科学院金属研究所报道了一种多方向、循环、高速锤击锻打镁合金的锻造方 法（专利公开号CN103805923A)，采用的是多方向锤击锻造方法，每个方向锤击2~100次， 每次锤击的应变量为2. 5~30%，每个方向应变量达到5~80%，样品翻转10~90°，直 至达到所需要的形状和尺寸。该方法成功实现了高速多向锤锻镁合金，且材料表面无任何 裂纹，锻造效率高、成本低，但该方法并未考虑锻造对织构的影响，允许采用每个方向锤击 多次、累积应变量达到10~80%，且每个方向上应变量没有严格的控制，这将使锻造后材 料的组织和织构不可控制，生产锻件的组织性能不具备一致性。
[0009] 因此，开发一种高效低成本的锻造方法，获得弱/非基面织构、低各向异性的商业 镁合金，从而提高镁合金室温力学性能是推动变形镁合金大规模工业应用的关键技术。
【发明内容】
[0010] 针对目前商业AZ61镁合金锻造存在的生产效率低、成本高、综合力学性能差等缺 点，本发明提供一种弱/非基面织构、低各向异性AZ61镁合金及其制备方法，本发明生产流 程短、设备简单、生产效率高、成本低、同时加工后的镁合金具有弱/非基面织构和良好的 综合力学性能，具有广阔的工业应用前景。
[0011] 本发明技术方案如下：
[0012] -种弱/非基面织构、低各向异性AZ61镁合金，所述弱/非基面织构、低各向异性 AZ61镁合金在（0002)基面极图中，织构峰强度小于6,织构峰位置相对极图中心偏离角度 大于30°。
[0013] 所述弱/非基面织构、低各向异性AZ61镁合金的晶粒尺寸为12~30 μ m，在镁合 金的各个方向上，屈服强度σ y彡90MPa，抗拉强度σ b彡270MPa，延伸率δ彡20%。
[0014] 所述弱/非基面织构、低各向异性ΑΖ61镁合金按如下步骤制备：
[0015] 1)坯料准备：采用金属模、砂型重力铸造或半连续铸造方法生产AZ61镁合金铸 锭，从铸锭中切出块体坯料，坯料各边进行倒角处理，以防加工过程中应力集中，产生表面 裂纹；
[0016] 2)固溶处理：块体坯料在390~430°C下固溶处理12~24h，然后进行空冷或水 冷，获得组织均匀的固溶态坯料；
[0017] 3)锤锻加工：经固溶处理后的块体坯料首先加热至变形温度250~350°C，保温 0. 5~16h，然后利用工业空气锤锻机，在块体还料相互正交的三个轴向方向上连续循环锤 锻，一个方向锤锻一次为一道次，每锤锻一道次变换方向，单道次锤锻的应变量控制在3~ 10%，平均应变速度在15~200s \连续锤锻20~250道次，停止锤锻后进行空冷或水冷。
[0018] 在步骤3)的锤锻加工过程中，最后3~24道次每道次各个方向上的应变量绝对 值相差不超过2 %，且应变量都控制在3~5 %。
[0019] 在步骤3)的锤锻加工过程中，不进行任何热处理。
[0020] 本发明设计原理如下：
[0021] 镁合金具有密排六方晶体结构，滑移系少，主要有基面、柱面、锥面滑移系。其中室 温、低温下主要以基面和柱面滑移系为主，高温下才能启动锥面滑移系。而基面滑移和柱面 滑移都是<a>滑移，滑移方向为平行于基面的而垂直于c轴的〈11-20〉，无法协调沿c轴方 向的应变。因此，作为另一种能够协调c轴方向应变的变形机制，孪生在镁合金塑性变形过 程中同样起着重要作用。
[0022] 镁合金中孪生的发生与晶粒取向、变形温度、应变速率、晶粒尺寸等有关。通常 在低温、高应变速率、粗大晶粒内容易产生大量孪生，其中主要以具有低临界剪切应力 (2-2. 8MPa)的{10-12}拉伸孪生为主。由于孪生具有"极性"，{10-12}拉伸孪生在平行于 c轴受拉或垂直于c轴受压时才能发生。本发明采用固溶态镁合金块体坯料，其内部晶粒取 向随机分布，任何方向上的加载均可在某些晶粒内发生拉伸孪生，并且由于采用的是多方 向高应变速率锻造，在较高温度下也可产生大量孪生。而孪生可有效改变晶粒取向，如拉伸 孪生使晶粒取向发生86. 3°变化、压缩孪生发生56. 2°变化。因此，本发明中产生的大量 孪生对织构的随机化产生重要的作用。另一方面，这些粗大晶粒内产生的{10-12}拉伸孪 生，由于其孪生界两侧取