预轧制变形复合电脉冲及时效处理的镁合金及其制备方法

本发明属于合金材料制备，具体涉及预轧制变形复合电脉冲及时效处理的镁合金，还涉及预轧制变形复合电脉冲及时效处理的镁合金的制备方法。

背景技术：

1、变形镁合金作为最轻的结构金属材料，凭借其较高的比强度和比刚度，在航空航天、交通运输等领域具有广阔的应用前景。然而，由于镁合金的hcp晶体结构，室温下可开动的滑移系较少，塑性变形能力较差，且变形后会产生严重的加工硬化与残余内应力，通常需要后续热处理进行组织调控和性能优化。传统的固溶处理和时效处理虽能一定程度上提高材料的强度与塑性，但长时间的高温处理不仅能耗高、周期长、生产效率低，还易引起微观组织粗化，导致力学性能劣化。

2、电脉冲处理作为一种新型的金属材料处理手段，因其独特的电致塑性效应，能够在极短时间内实现晶粒细化、第二相调控等组织优化效果，在改善微观组织方面展现出显著优势。然而，单一的脉冲电流处理往往在提升塑性的同时会牺牲部分强度，难以实现强度与塑性的协同提升。目前，将预变形与电脉冲处理及时效处理相结合的系统性研究尚显不足，各工艺参数对合金微观组织演变与力学性能的协同影响规律尚未明晰。并且现有镁合金热处理工艺能耗高、周期长、易导致晶粒粗化，以及单一处理后强度与塑性难以协同提升。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供预轧制变形复合电脉冲及时效处理的镁合金，解决了现有镁合金热处理工艺能耗高、周期长、易导致晶粒粗化，以及单一处理后强度与塑性难以协同提升的问题。

2、本发明的另一目的是提供预轧制变形复合电脉冲及时效处理的镁合金的制备方法。

3、本发明所采用的技术方案是，预轧制变形复合电脉冲及时效处理的镁合金，按质量百分比由以下组分组成：al 6.23%、zn 1.42%，余量为mg及不可避免的杂质。

4、本发明的特点还在于：

5、镁合金的室温抗拉强度不小于301mpa，镁合金的屈服强度不小于190mpa，镁合金的伸长率不小于18.5%。

6、本发明采用的另一技术方案是，预轧制变形复合电脉冲及时效处理的镁合金的制备方法，包括以下步骤：

7、步骤1、均匀化处理：将镁合金铸锭置于加热炉中进行均匀化热处理，随后水淬冷却；

8、步骤2、预轧制变形：将冷却后的镁合金铸锭进行打磨至表面光洁平整，随后进行多道次轧制变形，得到轧制态镁合金；

9、步骤3、电脉冲处理：将轧制态合金沿轧制方向切割成板条状试样并打磨光滑，进行电脉冲处理；

10、步骤4、时效处理：将电脉冲处理后的合金进行时效处理，随后进行冷却，得到镁合金。

11、本发明另一技术方案的特点还在于：

12、步骤1中，镁合金铸锭的化学成分按质量百分比为al 6.23%、zn 1.42%，其余为mg和不可避免的杂质；热处理的温度为410~430℃，热处理的时间为12~24h，在氩气保护氛围下进行，以消除铸造过程中产生的枝晶偏析及晶界处的粗大非平衡共晶组织。

13、步骤2中，使用400#至2000#的金相砂纸将铸锭打磨至表面光洁平整，以避免轧制过程中造成应力集中；多道次轧制的具体工艺为：每道次下压量为10%，轧制前将表面光洁平整镁合金铸锭在280~320℃下保温18-22min，每道次轧制变形后保温3~7min，经4道次轧制获得总变形量为40%的轧制态镁合金板材。

14、步骤3中，先将轧制态镁合金沿轧制方向切割成板条状试样，用400#至2000#砂纸打磨至表面光滑，去除轧制过程造成的氧化膜；将试样用铜夹具固定在电脉冲设备上，确保电流方向与轧制方向一致；电脉冲处理过程中脉冲宽度0~2000µs，脉冲电压0~20v，频率1.0~2.0hz，处理时间6-10min。

15、步骤3中，电脉冲处理使平均晶粒尺寸由轧制态的64µm细化至33µm，并使β-mg17al12第二相由长条状转变为颗粒状，长短比由10.8降至3.2；xrd显示β-mg17al12衍射峰强度降低且整体右移约0.3°，ebsd显示织构强度极值由14.64m.u.d.降至10.31m.u.d.，部分晶粒的<0001>轴发生约32°偏转。

16、步骤4中，将电脉冲处理后的合金在180~220℃下保温22~26h，随后采用空冷方式进行冷却。

17、步骤4中，时效处理过程中β-mg17al12相优先在晶界及孪晶界形核，随后在晶内大量析出，晶界处析出相尺寸大于晶内，晶内呈不连续析出形态；时效24h后第二相面积分数由电脉冲态的0.38%增加至9.2%，第二相强化贡献由2.28mpa提升至55.2mpa，时效24h后晶界强化贡献为58.2mpa，位错强化贡献为15.9mpa，固溶强化贡献为48.5mpa，总强化贡献为177mpa，与实测屈服强度190mpa相差13mpa。

18、步骤4中，制得的镁合金的室温抗拉强度不小于301mpa，镁合金的屈服强度不小于190mpa，镁合金的伸长率不小于18.5%。

19、本发明的有益效果是：

20、（1）本发明通过预轧制变形引入大量的位错、孪晶等缺陷结构，为后续电脉冲处理提供变形储存能与组织准备。在300℃/40%的预轧制条件下，非基面滑移的激活与变形储存能的显著增加，为后续电脉冲处理的再结晶形核提供了良好的能量基础与微观组织准备。

21、（2）本发明采用电脉冲处理替代传统的高温长时间固溶处理，在极短时间(8min)和较低温度(最高实测温度113℃)下，有效促进了晶粒细化、第二相溶解与球化，显著优化了材料的微观组织。等温热处理对比实验表明，该效果主要归因于脉冲电流的非热效应(电子风力降低了原子扩散活化能)，而非单纯的焦耳加热。该方法大幅降低了处理温度和时间，具有低成本、高效率的显著优势。

22、（3）本发明通过电脉冲处理形成过饱和固溶体，并结合后续时效处理(200℃/24h)，实现了第二相(β-mg17al12)细小、均匀地析出，达到最佳弥散分布状态。第二相强化贡献由电脉冲态的2.28mpa显著提升至55.2mpa，成为时效态试样强度提升的最主要因素；同时均匀分布的析出相有效缓解了局部应力集中，提高了材料塑性。

23、（4）本发明制备的高强韧镁合金，综合力学性能达到峰值，室温抗拉强度达到301mpa，屈服强度达到190mpa，伸长率达到18.5%，实现了强度与塑性的协同提升。与单一电脉冲处理态相比，抗拉强度和屈服强度分别提高了4.9%和6.1%，伸长率提高了30.3%；与传统轧制态相比，伸长率提升了110%。

1.预轧制变形复合电脉冲及时效处理的镁合金，其特征在于，按质量百分比由以下组分组成：al 6.23%、zn 1.42%，余量为mg及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的预轧制变形复合电脉冲及时效处理的镁合金，其特征在于，所述镁合金的室温抗拉强度不小于301mpa，镁合金的屈服强度不小于190mpa，镁合金的伸长率不小于18.5%。

3.预轧制变形复合电脉冲及时效处理的镁合金的制备方法，其特征在于，根据权利要求2所述的预轧制变形复合电脉冲及时效处理的镁合金，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的预轧制变形复合电脉冲及时效处理的镁合金的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，镁合金铸锭的化学成分按质量百分比为al 6.23%、zn 1.42%，其余为mg和不可避免的杂质；所述热处理的温度为410~430℃，热处理的时间为12~24h，在氩气保护氛围下进行，以消除铸造过程中产生的枝晶偏析及晶界处的粗大非平衡共晶组织。

5.根据权利要求4所述的预轧制变形复合电脉冲及时效处理的镁合金的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，使用400#至2000#的金相砂纸将铸锭打磨至表面光洁平整，以避免轧制过程中造成应力集中；多道次轧制的具体工艺为：每道次下压量为10%，轧制前将表面光洁平整镁合金铸锭在280~320℃下保温18-22min，每道次轧制变形后保温3~7min，经4道次轧制获得总变形量为40%的轧制态镁合金板材。

6.根据权利要求5所述的预轧制变形复合电脉冲及时效处理的镁合金的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，先将轧制态镁合金沿轧制方向切割成板条状试样，用400#至2000#砂纸打磨至表面光滑，去除轧制过程造成的氧化膜；将试样用铜夹具固定在电脉冲设备上，确保电流方向与轧制方向一致；电脉冲处理过程中脉冲宽度0~2000µs，脉冲电压0~20v，频率1.0~2.0hz，处理时间6-10min。

7.根据权利要求6所述的预轧制变形复合电脉冲及时效处理的镁合金的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，电脉冲处理使平均晶粒尺寸由轧制态的64µm细化至33µm，并使β-mg17al12第二相由长条状转变为颗粒状，长短比由10.8降至3.2；xrd显示β-mg17al12衍射峰强度降低且整体右移约0.3°，ebsd显示织构强度极值由14.64m.u.d.降至10.31m.u.d.，部分晶粒的<0001>轴发生约32°偏转。

8.根据权利要求7所述的预轧制变形复合电脉冲及时效处理的镁合金的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，将电脉冲处理后的合金在180~220℃下保温22~26h，随后采用空冷方式进行冷却。

9.根据权利要求8所述的预轧制变形复合电脉冲及时效处理的镁合金的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，时效处理过程中β-mg17al12相优先在晶界及孪晶界形核，随后在晶内大量析出，晶界处析出相尺寸大于晶内，晶内呈不连续析出形态；时效24h后第二相面积分数由电脉冲态的0.38%增加至9.2%，第二相强化贡献由2.28mpa提升至55.2mpa，时效24h后晶界强化贡献为58.2mpa，位错强化贡献为15.9mpa，固溶强化贡献为48.5mpa，总强化贡献为177mpa，与实测屈服强度190mpa相差13mpa。

10.根据权利要求9所述的预轧制变形复合电脉冲及时效处理的镁合金的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，制得的镁合金的室温抗拉强度不小于301mpa，镁合金的屈服强度不小于190mpa，镁合金的伸长率不小于18.5%。