高强塑AlN/AZ91D复合材料短流程轧制方法

摘要

本发明涉及一种高强高塑性AlN/AZ91D镁基复合材料板材的短流程轧制制备工艺，制定了轧制前铸锭的固溶与水淬工艺，优化了后续轧制与退火工艺，从而提出了一套生产高强高塑性镁基复合材料轧板的冷轧工艺。该冷轧工艺道次压下量大，轧制道次间退火次数少，退火时间短，可以实现工业上的短流程制备。尤其是，通过该专利技术，即固溶工艺参数、水淬工艺参数、轧制工艺参数与退火工艺参数的最佳配比，在获得高强高塑性冷轧板材的同时解决了冷轧过程中的边裂问题，最终能够高效率地获得高质量高性能的镁合金复合材料冷轧板材。

权利要求

1.一种高强塑AlN/AZ91D复合材料短流程轧制方法，其特征在于步骤如下：步骤1：将AlN/AZ91镁基复合材料矩形板材坯料放入热处理炉中，在400℃～425℃固溶

20-30h，然后将其放入25℃的清水中进行水淬；AlN/AZ91镁基复合材料矩形板材坯料是在AlN/AZ91镁基复合材料铸锭上切取尺寸为80×50×10的矩形板材，为原始坯料；所述AlN/AZ91镁基复合材料铸锭制备方法见专利201510882938.5；

步骤2：去除水淬后板材材料表面的氧化皮，准备冷轧；

步骤3：冷轧过程中上下轧辊的转速为20-40r/min，第一道次的冷轧压下量为10％～

15％，从第二道次开始，以后每道次的冷轧压下量为15-25％，累计轧制量为80％，道次间的退火温度为300-350℃，退火5-15min。

说明书

高强塑AlN/AZ91D复合材料短流程轧制方法

技术领域

[0001] 本发明属于AlN/AZ91D镁基复合材料轧制工艺，涉及一种高强高塑性AlN/AZ91D镁基复合材料板材的短流程轧制制备工艺，针对原位颗粒强化AlN/AZ91D镁基复合材料(专利201510882938.5)，采用一系列优化的固溶处理和轧制工艺，提出了制备具有高强高塑镁基复合材料板材的轧制工艺，从而可以进一步提高AlN/AZ91D镁基复合材料的力学性能。

背景技术

[0002] 镁及镁合金自身的密排六方晶体结构决定了其低的塑性和差的室温变形能力，这一缺点严重制约了镁合金的工业应用。在镁合金板材的冷轧过程中，即使在道次压下量很小的情况下，也极易出现严重的边裂，因而很难获得高质量高性能的镁合金轧板。因此，对工业生产来说，高质量高性能镁合金冷轧板材的制备一直是一个工业难题。目前，工业上对于镁合金板材的制备，不得不采用热轧工艺来获得。然而，镁合金的热轧给工业生产带来了诸多不利，如热轧过程中轧辊和坯料需要一直维持高的温度，这给工作人员的操作带来不便的同时也需要消耗大量的能源，并且热轧工艺对轧机的性能也提出了很高的要求，除此之外，热轧的整个流程甚至还需要保护气的保护，防止镁合金的高温氧化，因此这不仅增加了板材的制备成本而且性能提高也不显著。

[0003] 本发明所用的坯料为AlN/AZ91D镁基复合材料铸锭(专利201510882938.5)，跟传统的铸态镁合金相比，它兼具铸态镁合金的强度与变形镁合金的塑性，因此除了被用作铸件之外，还有很大的变形潜力。

[0004] 本发明针对AlN/AZ91D镁基复合材料铸锭独特的力学行为特征，旨在解决目前镁合金冷轧板材强度低、塑性差以及轧制板材边裂倾向较大等一系列问题。低的强度、塑性以及严重的边裂倾向一直制约着镁合金冷轧板材的发展与应用，而且工业上界至今没有得到有效解决。即使工业上目前应用最广的变形镁合金AZ31具有高的塑性，然而却不具备高的强度；其它通过合金化手段获得的高强镁合金材料，由于其固有的低塑性，在冷轧过程中也很难获得高强高塑、低边裂倾向的板材；传统的颗粒强化镁基复合材料由于在其制备过程中颗粒强化相分布不均匀、颗粒与基体界面结合薄弱等问题，使在强度提高的同时却具有低的塑性和极差的室温变形能力，因此，目前还没有一种镁基复合材料被应用于冷轧板材的制备。因此，低成本，高强度，高塑性，低边裂倾向的镁合金冷轧板材是目前工业上迫切需要的重要材料，其制备工艺尤其关键。

发明内容

[0005] 要解决的技术问题

[0006] 为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种高强高塑性AlN/AZ91D镁基复合材料板材的短流程轧制制备工艺

[0007] 技术方案

[0008] 一种高强高塑性AlN/AZ91D镁基复合材料板材的短流程轧制制备工艺，其特征在于步骤如下：

[0009] 步骤1：将AlN/AZ91镁基复合材料矩形板材坯料放入热处理炉中，在400℃～425℃固溶20-30h，然后将其放入25℃的清水中进行水淬；

[0010] 步骤2：去除水淬后板材材料表面的氧化皮，准备冷轧；

[0011] 步骤3：冷轧过程中上下轧辊的转速为20-40r/min，第一道次的冷轧压下量为10％～15％，从第二道次开始，以后每道次的冷轧压下量为15-25％，累计轧制量为80％，道次间的退火温度为300-350℃，退火5-15min。

[0012] 有益效果

[0013] 本发明提出的一种高强高塑性AlN/AZ91D镁基复合材料板材的短流程轧制制备工艺，制定了轧制前铸锭的固溶与水淬工艺，优化了后续轧制与退火工艺，从而提出了一套生产高强高塑性镁基复合材料轧板的冷轧工艺。该冷轧工艺道次压下量大，轧制道次间退火次数少，退火时间短，可以实现工业上的短流程制备。尤其是，通过该专利技术，即固溶工艺参数、水淬工艺参数、轧制工艺参数与退火工艺参数的最佳配比，在获得高强高塑性冷轧板材的同时解决了冷轧过程中的边裂问题，最终能够高效率地获得高质量高性能的镁合金复合材料冷轧板材。

[0014] 本发明通过对固溶水淬工艺、轧制工艺以及退火工艺的不断改善和优化，获得了AlN/AZ91D镁基复合材料冷轧工艺参数的最佳配比，进而制备出高强高塑低边裂倾向的镁合金冷轧板材,其屈服强度为300MPa，抗拉强度达到401MPa，塑性维持在10％左右。轧制前期优化的固溶工艺使得晶界上的脆性第二相β-Mg17Al12完全固溶到基体合金内部，并抑制了晶粒长大，尤其使冷轧过程中动态析出的γ-Mg17Al12相均匀分布；同时固溶后最佳的水淬工艺使得材料内部形成大量空位，避免了激冷引起的微裂纹，有利于轧制过程中γ-Mg17Al12相的动态析出；另外，AlN/AZ91D镁基复合材料中AlN陶瓷颗粒降低了γ-Mg17Al12相的析出能垒，促使纳米γ-Mg17Al12(尺寸小于50纳米)析出相大量弥散分布在最终的冷轧板材组织中。轧制过程中高轧辊转速与大道次压下量的匹配保证了在每道次冷轧过程中会引入大量的位错，高密度位错为材料提供高强度的同时也有利于弥散的纳米γ-Mg17Al12相的动态析出，而析出的纳米γ-Mg17Al12相和AlN陶瓷颗粒在下道次的冷轧过程中会进一步增加材料内部的位错密度，从而进一部提高其强度；而冷轧过程中冷轧参数与退火参数的匹配保证了冷轧过程中低的边裂倾向，合适的退火工艺参数会适当减少材料内部的位错密度，提高冷轧过程中材料的塑性，进而减少边裂倾向，使得材料能够进一步变形提高其性能而不影响材料的表面质量。

[0015] 因此，本发明专门针对AlN/AZ91D镁基复合材料坯料，通过优化固溶水淬工艺、轧制工艺以及退火工艺，确定了最佳工艺参数，实现了高强高塑低边裂倾向镁合金冷轧板材的短流程制备。该复合材料冷轧板材的制备，将极大扩展镁合金的使用范围，能有效解决工业上镁合金冷轧板材强度低、塑性差、边裂倾向严重等一系列问题，将极大推动镁合金及其复合材料的广泛应用。

附图说明

[0016] 图1：AlN/AZ91D镁基复合材料坯料轧制示意图以及相应的组织照片[0017] 图2：AlN/AZ91D镁基复合材料轧制板材

[0018] 图3：AlN/AZ91D镁基复合材料板材片状拉伸试样

[0019] 图4：AlN/AZ91复合材料冷轧板材片状试样的应力应变曲线

具体实施方式

[0020] 现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

[0021] 本发明所使用的坯料为AlN/AZ91D镁基复合材料铸锭(专利201510882938.5)，该铸锭虽然具有较高的室温塑性，但为了制备出具有更加优异力学性能的冷轧板材，需要先对铸锭进行专门的固溶和水淬处理，然后进行轧制和退火处理，在轧制过程中严格控制每道次压下量、轧辊转速以及每道次间的退火温度与时间。而每个轧制工艺参数的最佳搭配，是最终获得高强度高塑性低边裂倾向的镁合金冷轧板材的关键。

[0022] 具体实施过程如下：

[0023] 在AlN/AZ91镁基复合材料铸锭上切取尺寸为80×50×10的矩形板材为原始坯料，其复合材料铸锭制备方法见专利201510882938.5；

[0024] 1.将AlN/AZ91镁基复合材料矩形板材坯料放入热处理炉中，在400℃～425℃固溶25h，然后将其放入25℃的清水中进行水淬；

[0025] 2.去除水淬后板材材料表面的氧化皮，准备冷轧；

[0026] 3.冷轧过程中上下轧辊的转速为35r/min，第一道次的冷轧压下量为10％～15％，从第二道次开始，以后每道次的冷轧压下量为20％，累计轧制量为80％，道次间的退火温度为350℃，退火10min；

[0027] 冷轧制备的最终板材尺寸为282×70×2，如图2所示，其微观组织如图1所示将冷轧板按照国标GB/T 228.1-2010要求制备片状拉伸试样，如图3所示，其拉伸应力应变曲线如图4所示。

[0028] 表1 AlN/AZ91复合材料轧片与基体合金AZ91D合金铸态组织力学性能对比[0029]

[0030] 实施例2：

[0031] 在AlN/AZ91镁基复合材料铸锭上切取尺寸为80×50×10的矩形板材为原始坯料，其复合材料铸锭制备方法见专利201510882938.5；

[0032] 步骤1：将AlN/AZ91镁基复合材料矩形板材坯料放入热处理炉中，在400℃～425℃固溶20-30h，然后将其放入25℃的清水中进行水淬；

[0033] 步骤2：去除水淬后板材材料表面的氧化皮，准备冷轧；

[0034] 步骤3：冷轧过程中上下轧辊的转速为20-40r/min，第一道次的冷轧压下量为10％～15％，从第二道次开始，以后每道次的冷轧压下量为15-25％，累计轧制量为80％，道次间的退火温度为300-350℃，退火5-15min。

[0035] 冷轧制备的最终板材尺寸为282×70×2。

[0036] 将冷轧板按照国标GB/T 228.1-2010要求制备片状拉伸试样。

[0037] 本发明以高强高塑AlN/AZ91D镁基复合材料铸锭(专利201510882938.5)为轧制的原材料，通过对固溶、水淬、轧制参数以及退火温度与时间的不断改善与优化，制定出了一套可进一步提高材料强度而保持高塑性，并具有低开裂倾向的镁合金板材的冷轧工艺。该冷轧工艺参数容易控制，道次压下量大，退火时间短，退火次数少，材料的轧制成本低的优点，适合工业上短流程制备高质量高性能的镁合金板材。