300MPa级、各向同性AZ31镁合金薄板的制备方法
技术领域
本发明属于金属材料加工技术领域,涉及镁合金板材的加工,具体涉及300MPa级、各向同性AZ31镁合金薄板的制备方法。
背景技术
镁合金具有比强度高、比刚度高、导热、导电性好、阻尼减振、电磁屏蔽、容易回收等优点,因此有人将镁誉为“21世纪绿色工程金属”,镁合金也成为国防军事、汽车、电子通信等工业领域的重要材料。
板材是镁合金的主要产品,板材大量用于手机、照相机摄像机和笔记本电脑等3C产品,及飞机、轿车、高速列车自行车等运载工具上。目前,镁合金板材的发展方向是显著降低成本和提高性能,以促进镁合金板材的大量工业应用。
镁合金由于滑移系少,室温塑性低,一般要热加工。镁合金板材制备方法主要是热轧法,铸锭经热轧开坯后温轧,此种办法可以生产厚板或宽幅板材,但是生产薄板的成才率低,其次是最近开展的镁合金铸轧,该方法可以是镁合金从液态直接成型为板坯,经热轧后成为板材。该方法生产成本低,可以制备宽板,但是在国内尚未进入工业生产。以上两种方法,设备大,一次性投资高,适合于宽板生产。
镁合金板材中相当大的一部分用于3C类产品的冲压,此类板材幅面不宽,但是要求板材尺寸精度高,性能高,尤其是各向异性低。采用热轧和铸轧方法很不经济,且难以满足性能要求。因此必须开发一种投资少、生产工艺简单的薄板生产方法,以满足3C等产业对高性能、低成本薄板的需求。
发明内容
针对现有镁合金板材加工技术的不足之处,本发明提供一种400MPa级、各向同性AZ31镁合金薄板的制备方法。
镁合金由于室温滑移系少,所以一般要高温或中温变形。除了液态成形外,挤压变形是最有利的变形条件。挤压是由于是三向压应力状态,所以变形是可以发挥最大的塑性,是镁合金成型的有利方法。挤压后,由于铸态组织被激烈的变形破碎,形成沿挤压方向伸长的挤压组织,这种组织比铸态组织的塑性显著提高,有利于后面的轧制变形,如果适当地降低变形温度,利用镁合金挤压是热效应高的特点,可以更强烈的破碎组织,挤压是实现动态再结晶,组织更加细化,挤压后合金的塑性提高更显著。挤压后具有相当塑性的镁合金,再进行温轧,其强度可以显著提高,塑性有更大的改善。如果将挤压后的带坯沿垂直于原挤压方向轧制,则可以显著降低原挤压组织的各向异性,使挤压组织显著细化,合金板材的的强度和塑性的横向/纵向(轧向)比显著提高。通过不同挤压温度、挤压比和轧制温度、轧制变形率的组合,使合金实现高强度、高塑性和各向同性。欲获得高塑性,可以在400℃挤压、400℃轧制,欲获得高强度,可以在300℃挤压、300℃轧制。
本发明采用AZ31镁合金进行板材加工,为了确保镁合金薄板的质量,铸锭中含有的杂质和夹杂量应尽量少,同时组织必须细化,为此我们推荐低频电磁连铸工艺制备锭坯。即采用专利“镁合金电磁低温半连铸铸造方法CN03133390.7”的方法。该方法工艺步骤如下:
(1)熔化镁,在铁坩埚中将镁熔化,熔化温度为670~680℃;
(2)添加组合阻燃元素,当镁全部熔化后,添加由Ca和混合稀土组成的组合阻燃元素,添加量为Ca 1~2%,含铈Ce和镧La70%的混合稀土0.3~1%;
(3)添加合金元素,各合金元素加入量根据制备的镁合金牌号不同依ASTM标准确定,其中Al、Zn以纯金属加入,Mn以铝锰合金形式加入,锆以镁锆中间合金形式加入,加入温度700℃;
(4)保温、静置,在添加合金之后,升温到720℃,保温30分钟,然后降温至660~680℃,静置20分钟;
(5)铸造,在半连续铸造机上铸锭,结晶器采用铝质结晶器,结晶器石墨环的高度为5~10mm,在电磁场条件下进行半连续铸造,电磁场频率为15~50Hz,线圈安匝数为2000~3500安匝,结晶器壁磁场强度为0.01~0.05T,铸造温度660~680℃,铸造速度50~150mm/min。
铸锭经350~400℃×12~20小时均匀化退火后,铣面,在200~400℃宽展挤压成板带,挤压比为8~15,挤压(出口)速度为10~30m/min,挤压后板带厚度为5~20mm。然后将挤压板材沿挤压方向切成比板材成品宽度宽10~30mm的板材,将板材加热到300~400℃,将轧机的轧辊预热到100~150℃,开始轧制,板坯垂直于原挤压方向轧制,轧制速度为10~15米/分;一般第一道次压下量可以到30~50%,第2道次可以到20~30%,第3道次可以到10~15%,为了保证板形平直和尺寸精度,接近产品尺寸的最后1~3道次时,道次压下量要在3~5%左右。每轧制3道次回炉加热,回炉重新加热到温后再进行轧制,得到宽度≤500mm、板厚0.3~1.0mm的薄板。然后产品切边、覆塑料保护膜,包装。
本发明开发了一种新的高性能薄板的制备方法。该方法设备和工艺简单,易于控制,生产成本低,一次性投资少,板材精度高,性能高,抗拉强度为300MPa级。可以生产宽度≤500mm、板厚0.3~1.0mm的高质量薄板。该方法尤其适合于投资规模较小的中小企业。
附图说明
图1为本发明方法的工艺流程图。
图2为挤压温度300℃,轧制温度300℃的0.5mm厚板材的微观组织。
图3为挤压温度400℃,轧制温度400℃的0.5mm厚板材的微观组织。
具体实施方式
实施例1
AZ31镁合金经熔炼、净化电磁连铸成
165mm的铸锭,合金成分见表1。铸锭经400℃×18小时均匀化退火后,铣面,在300℃宽展挤压成板带,挤压比为15,挤压(出口)速度为20m/min,挤压板材厚度为7mm。然后将挤压板材沿挤压方向切成宽330mm的板材,将板材加热到300℃,将轧机的轧辊预热到150℃,开始轧制,板坯垂直于原挤压方向轧制,轧制速度为12米/分;第一道次压下量可以到40%,第2道次可以到25%,第3道次可以到12%,为了保证板形平直和尺寸精度,接近产品尺寸的最后1~3道次时,道次压下量要在4%。每轧制3道次回炉加热,回炉重新加热到温后再进行轧制,10道次左右可以轧到0.5mm,13道次轧到0.3mm。得到宽度300mm、板厚0.3mm的薄板。然后产品切边、覆塑料保护膜,包装。
表1.AZ31合金的化学成分(重量%)
元素 |
Al |
Zn |
Mn |
Fe |
Si |
Cu |
Ni |
Mg |
含量 |
2.605 |
1.17 |
1.56 |
0.001 |
0.01 |
0.001 |
0.002 |
余量 |
实施例2
AZ31镁合金经熔炼、净化电磁连铸成
165mm的铸锭,合金成分见表1。铸锭经350℃×20小时均匀化退火后,铣面,在300℃宽展挤压成板带,挤压比为8,挤压(出口)速度为30m/min,挤压后板带宽度厚度为20mm。然后将挤压板材沿挤压方向切成比板材成品宽度宽10mm的板材,将板材加热到400℃,将轧机的轧辊预热到100℃,开始轧制,板坯垂直于原挤压方向轧制,轧制速度为15米/分;第一道次压下量可以到50%,第2道次可以到30%,第3道次可以到15%,为了保证板形平直和尺寸精度,接近产品尺寸的最后1~3道次时,道次压下量要在5%左右。每轧制3道次回炉加热,回炉重新加热到温后再进行轧制,得到宽度500mm、板厚1.0mm的薄板。然后产品切边、覆塑料保护膜,包装。
实施例3
AZ31镁合金经熔炼、净化电磁连铸成
165mm的铸锭,合金成分见表1。铸锭经380℃×15小时均匀化退火后,铣面,在400℃宽展挤压成板带,挤压比为8,挤压(出口)速度为10m/min,挤压后板带厚度为15mm。然后将挤压板材沿挤压方向切成比板材成品宽度宽20mm的板材,将板材加热到300℃,将轧机的轧辊预热到120℃,开始轧制,板坯垂直于原挤压方向轧制,轧制速度为10米/分;第一道次压下量可以到30%,第2道次可以到20%,第3道次可以到10%,为了保证板形平直和尺寸精度,接近产品尺寸的最后1~3道次时,道次压下量要在3%。每轧制3道次回炉加热,回炉重新加热到温后再进行轧制,得到宽度400mm、板厚0.5mm的薄板。然后产品切边、覆塑料保护膜,包装。
实施例4
AZ31镁合金经熔炼、净化电磁连铸成
165mm的铸锭,合金成分见表1。铸锭经400℃×18小时均匀化退火后,铣面,在400℃宽展挤压成板带,挤压比为10,挤压(出口)速度为18m/min,挤压后板带厚度为50mm。然后将挤压板材沿挤压方向切成比板材成品宽度宽10~30mm的板材,将板材加热到400℃,将轧机的轧辊预热到100~150℃,开始轧制,板坯垂直于原挤压方向轧制,轧制速度为15米/分;第一道次压下量可以到35%,第2道次可以到30%,第3道次可以到10%,为了保证板形平直和尺寸精度,接近产品尺寸的最后1~3道次时,道次压下量要在5%。每轧制3道次回炉加热,回炉重新加热到温后再进行轧制,得到宽度300mm、板厚0.3mm的薄板。然后产品切边、覆塑料保护膜,包装。
实施例5
AZ31镁合金经熔炼、净化电磁连铸成165mm的铸锭,合金成分见表1。铸锭经350℃×20小时均匀化退火后,铣面,在200℃宽展挤压成板带,挤压比为12,挤压(出口)速度为15m/min,挤压后板带厚度为10mm。然后将挤压板材沿挤压方向切成比板材成品宽度宽20mm的板材,将板材加热到350℃,将轧机的轧辊预热到120℃,开始轧制,板坯垂直于原挤压方向轧制,轧制速度为10米/分;第一道次压下量可以到50%,第2道次可以到20%,第3道次可以到15%,为了保证板形平直和尺寸精度,接近产品尺寸的最后1~3道次时,道次压下量要在3%。每轧制3道次回炉加热,回炉重新加热到温后再进行轧制,得到宽度450mm、板厚0.8mm的薄板。然后产品切边、覆塑料保护膜,包装。
实施例1、2、3、4轧制后的镁合金性能见表2.各向异性见表3,薄板组织见图2和3。
表2.AZ31合金薄板的性能
表3.AZ31合金薄板的各向异性(横向/轧制方向)