CN101104236A - 制备高性能镁合金板材的等径角轧制方法及装置 - Google Patents

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制备高性能镁合金板材的等径角轧制方法及装置，是利用普通轧制变形产生的摩擦力提供动力，使板材连续通过两通道厚度相等且成一定夹角的模具实现连续剪切变形。等径角轧制模具安装于普通双辊热轧机双轧辊出口处。本发明的工艺方法简单，能实现对大型板材的轧制和等径角变形加工，有效改善镁合金板材的组织结构，提高镁合金板材的力学性能及后续加工、特别是冲压成形性；实现本发明方法的装置结构简单、制造方便、性能可靠，适于工业化应用。

Description

制备高性能镁合金板材的等径角轧制方法及装置
技术领域
本发明涉及一种制备高性能镁合金板材的加工方法及装置，特别是涉及一种制备冲压件用大型变形镁合金板材的等径角轧制方法及装置。
背景技术
作为“二十一世纪最具发展前途的绿色工程材料”，镁合金具有及其重要的使用价值和广泛的应用前景。其中，变形镁合金板材可用作手机、笔记本电脑和家用电器等产品的壳体、汽车蒙皮、车内面板等零部件，而实现镁合金板材的高速、低温成形特别是冲压成形性以及进一步提高其综合力学性能则是实现其工业化应用的关键。
传统的镁合金板材生产一般采用铸锭直接轧制成形，轧制工艺亦为普通的对称轧制。与铝、铜合金不同，镁合金室温下的滑移系少，塑性变形能力差，因此普通轧制板材特别是薄板的成品率偏低，铸锭开坯困难、道次变形量小、成型性差。这是因为普通的对称轧制工艺难以获得细晶组织和实现对变形孪晶的控制，特别是在轧制过程会在板材内形成强烈的基面织构，由此而带来了板材的各向异性，严重影响了后续加工的成型性。
晶粒细化及织构控制是改善、提高金属材料的性能的有效途径之一。而采用传统的锻造、挤压、轧制以及随后的再结晶退火处理工艺，尽管其晶粒尺寸可达10μm以下并形成变形织构和/或再结晶织构，但仍难以满足对高性能材料的要求。采用大塑性变形(Severeplasic deformation，SPD)技术制备的材料通常具有超细晶(Ultra-fine grained，UFG)组织，可获得晶粒尺寸小于1μm的UFG材料并形成特殊的织构组分，因此具有优异的力学性能和使用性能。
目前，已经开发的SPD技术主要有累积叠轧工艺(Accumulativeroll-Bonding，ARB)、高压扭转工艺(High Pressure Torsion，HPT)、连续剪切工艺(Conshearing)、连续约束板带剪切工艺ContinuousConfined Strip Shearing，C2S2)、连续大塑性变形(ContinuousSevere Plastic Deformation，CSPD)、ECAP-Conform工艺、连续反复弯曲工艺(Repetitive Corrugation and Straightening，RCS)以及反复弯曲矫直工艺等。
但是上述可用于板材制备的SPD工艺，不仅存在所制备的材料组织结构不均匀、生产效率低、材料尺寸规格有限、成本高、工艺路线复杂等缺陷，在对镁合金板材微观组织控制以及制备方面还存在一些缺陷和不足，如ARB工艺难以实现对板材织构的有效控制；HPT工艺不适合大尺寸板材的加工，也难以连续生产；Conshearing工艺和C2S2工艺虽均可实现板材的连续大塑性变形，获得UFG组织并形成剪切变形织构，但Conshearing工艺需要采用带有行星辊的特殊轧机，C2S2工艺由于轧辊表面加工有凹形槽，严重影响了带材的表面质量，同时，这两种工艺均存在一个很大的缺陷，即在一套装置包括轧辊和模具上，只能制备一种厚度的板材；CCB工艺和RCS工艺制备UFG材料及对织构的控制效果均较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能有效改善镁合金板材的成形性和后续加工、特别是冲压成形性的等径角轧制方法及装置。
本发明--制备高性能镁合金板材的等径角轧制方法是采用下述方案实现的：将轧制和大剪切变形相结合，利用普通轧制变形产生的摩擦力提供动力，使板材连续通过两通道厚度相等且成一定夹角的模具实现连续剪切变形。
本发明--制备高性能镁合金板材的等径角轧制装置是采用下述方案实现的：等径角轧制模具安装于普通双辊热轧机双轧辊出口处，等径角轧制模具中设置的等通道开口与热轧机双轧辊出口相对应，板材经双辊轧制后直接进入等径角轧制模具等通道中。
本发明--制备高性能镁合金板材的等径角轧制装置，其模具上设置的等通道呈一定夹角且厚度相等，等通道夹角θ为90---150度或210---270度。
本发明--制备高性能镁合金板材的等径角轧制装置，为了减少模具等通道的摩擦力，采用石墨+机油润滑。
本发明--制备高性能镁合金板材的等径角轧制装置，为了可实现等径角变形模具预热，在等径角轧制模具通道两侧内置加热器，对其进行加热，在通道出口处设有测温装置。
本发明--制备高性能镁合金板材的等径角轧制装置，在等径角轧制模具通道两侧内置电热管，利用热电偶控温。
本发明--制备高性能镁合金板材的等径角轧制装置，在等径角轧制模具通道入口处设有激光感应测温仪对板材温度进行实时测量。
本发明--制备高性能镁合金板材的等径角轧制方法及装置，在等径角轧制过程中，板材首先在两轧辊间产生普通轧制变形；然后，在板材与轧辊间摩擦力的作用下，将板材送入模具进口通道。在板材未接触模具通道转角前，板材在进口通道内仅受到板材与通道间摩擦力的作用。当板材与通道转角接触后，由于受出口通道的约束作用，板材在模具转角处发生剪切变形，进入出口通道，板材通过模具转角所需的驱动力由板材与轧辊之间产生的摩擦力来提供。在双辊轧制的推力作用下，板材沿着该模具弯曲的通道中滑出，使被轧制的材料受到轧制和弯曲的两重作用。辊缝间隙随等径角轧制工艺参数的不同作适应的调整，模具通道进口高度在生产过程中可略有调整。本发明由于采用轧制与连续剪切变形工艺即等径角轧制(Equal ChannelAngular Rolling，ECAR)工艺，利用轧制后连续剪切变形工艺，使被加工板材在通过等径角通道时产生大的剪切变形和应变积累，(0002)基面的取向发生了改变，获得细晶组织并实现对其织构的有效控制，合金形成了基面与表面方向成一定角度的织构，不仅具有细小的等轴晶组织，且孪晶更加细小、分布也更加均匀，所制得的材料表现出优异的力学性能，室温塑性得到大大提高，屈服强度明显降低，应变硬化能力显著加强，一些高温变形机制，如非基面滑移、晶界滑移、动态回复等在室温下也可发生，甚至可获得低温、高应变速率超塑性。材料不仅具有高的强度，其塑性也很好，其断裂延伸率可达50％，经等径角轧制(Equal Channel Angular Rolling，ECAR)工艺处理的镁合金所表现出的流变行为以及性能特征，对材料的冲压成形非常有利，经等径角轧制的镁合金独特的微观组织与优异的力学性能主要源自轧制后连续剪切变形过程中所产生的大的剪切变形和应变积累。综上所述，本发明的工艺方法简单，能实现对大型板材的轧制和等径角变形加工，有效改善镁合金板材的组织结构，提高镁合金板材的力学性能及后续加工、特别是冲压成形性；实现本发明方法的装置结构简单、制造方便、性能可靠，适于工业化应用。
附图说明
附图为本发明--制备高性能镁合金板材的等径角轧制的装置结构示意图；
图中：1-轧辊    2-模具    3-热电偶  4-电热丝5-测温器  6-等通道  7-板材
参见附图，本发明中模具中设置的等通道入口8与轧辊出口相对应，在模具的等通道两侧设有电热丝、热电偶，在模具的等通道出口设有测温器，模具夹角θ为90---150度或210---270度。本发明中，设有等通道的等径角轧制模具与轧辊可以实现多道次连接，同时实现多道次连续轧制，每道次板材通过轧辊时均进行一定的压下变形，压下量约为5～8％，板材在通过等径角模具转角变形后板厚不发生变化。
具体实施方式
实施例1：
采用如下工艺参数：模具通道夹角θ为90或270，内侧圆弧半径r为2mm，辊缝间隙为1.78mm，板材预热温度350℃，保温3min，模具未预热，对AZ31镁合金一个道次轧制制备成板材。
经等径角轧制后，板材发生了剪切变形，晶粒取向由原来的(0002)基面取向转变为基面取向与非基面取向共存，即等径角轧制可以很大程度削弱基面织构；
与等径角轧制前的板材相比，等径角轧制后板材的强度明显提高，而断裂延伸率变化不大；一个道次轧制的板材，其抗拉强度由等径角轧制前的240增大到275MPa，屈服强度由193.8增大到239.2MPa。
实施例2：
采用如下工艺参数：模具通道夹角θ为115，内侧圆弧半径r为2mm，辊缝间隙为1.78mm，板材预热温度350℃，保温3min，模具未预热，对AZ31镁合金一个道次轧制制备成板材。
经等径角轧制后，板材发生了剪切变形，晶粒取向由原来的(0002)基面取向转变为基面取向与非基面取向共存，即等径角轧制可以很大程度削弱基面织构；
与等径角轧制前的板材相比，等径角轧制后板材的强度明显提高，而断裂延伸率变化不大；一个道次轧制的板材，其抗拉强度由等径角轧制前的240增大到275MPa，屈服强度由193.8增大到239.2MPa。
实施例3：
采用如下工艺参数：模具通道夹角θ为150或210，内侧圆弧半径r为2mm，辊缝间隙为1.78mm，板材预热温度350℃，保温3min，模具未预热，对AZ31镁合金一个道次轧制制备成板材。
经等径角轧制后，板材发生了剪切变形，晶粒取向由原来的(0002)基面取向转变为基面取向与非基面取向共存，即等径角轧制可以很大程度削弱基面织构；
与等径角轧制前的板材相比，等径角轧制后板材的强度明显提高，而断裂延伸率变化不大；一个道次轧制的板材，其抗拉强度由等径角轧制前的240增大到275MPa，屈服强度由193.8增大到239.2MPa。

Claims (10)

1.制备高性能镁合金板材的等径角轧制方法，将轧制和大剪切变形相结合，利用普通轧制变形产生的摩擦力提供动力，使板材连续通过两通道厚度相等且成一定夹角的模具实现连续剪切变形。
2.制备高性能镁合金板材的等径角轧制装置，其特征在于：等径角轧制模具安装于普通双辊热轧机双轧辊出口处，等径角轧制模具中设置的等通道开口与热轧机双轧辊出口相对应，板材经双辊轧制后直接进入等径角轧制模具等通道中。
3.根据权利要求2所述的制备高性能镁合金板材的等径角轧制装置，其特征在于：模具上设置的等通道呈一定夹角且厚度相等。
4.根据权利要求2所述的制备高性能镁合金板材的等径角轧制装置，其特征在于：模具上设置的等通道夹角θ为90---150度或210---270度。
5.根据权利要求2所述的制备高性能镁合金板材的等径角轧制装置，其特征在于：模具等通道内采用石墨+机油润滑。
6.根据权利要求2所述的制备高性能镁合金板材的等径角轧制装置，其特征在于：在等径角轧制模具通道两侧内置加热器。
7.根据权利要求2所述的制备高性能镁合金板材的等径角轧制装置，其特征在于：在模具上设置的通道出口处设有测温装置。
8.根据权利要求2所述的制备高性能镁合金板材的等径角轧制装置，其特征在于：在等径角轧制模具通道两侧内置电热管。
9.根据权利要求2所述的制备高性能镁合金板材的等径角轧制装置，其特征在于：模具上设置有热电偶控温。
10.根据权利要求2所述的制备高性能镁合金板材的等径角轧制装置，其特征在于：在等径角轧制模具通道入口处设有激光感应测温仪对板材温度进行实时测量。
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