CN103008346A

CN103008346A - 一种镁合金多面循环轧制方法

Info

Publication number: CN103008346A
Application number: CN2012105748363A
Authority: CN
Inventors: 朱荣; 武艳军; 嵇文青; 蔡霄天; 刘玲丽
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2013-04-03

Abstract

本发明提供了一种镁合金多面循环轧制方法，使轧制得到的镁合金晶粒更细小、强度和延伸率更高，实现了镁合金的组织细化和力学性能的改善。本发明的解决方案为：将切割好的镁合金板材进行第一次轧制后绕轧制轴方向顺时针旋转90°，对合金进行第二次轧制，并构成一个轧制循环；或将切割好的镁合金板材进行第一次轧制后连续进行多道次轧制，后将板材绕轧制轴方向顺时针旋转90°，再次进行多道次轧制。本发明与现有技术相比具有益效果：本发明在不同作用面的压力作用下最大限度的激发孪晶，引入了孪晶界面强化，极大提高了镁合金的屈服强度，且制备方法简单。

Description

一种镁合金多面循环轧制方法

一技术领域

本发明公开了一种超细晶金属材料制备方法，涉及成型技术领域，具体是一种AZ31镁合金多面循环轧制方法。

二背景技术

镁合金是最轻的金属结构材料，具有高的比强度、比刚度、减振性、导热性、可切削加工性和可回收性，因而被称为21世纪的“绿色工程材料”。尤其是随着汽车工业及电子行业的迅速发展，大量的镁合金构件应运而生，部分代替了塑料、铝合金甚至钢铁材料，预计镁合金将成为本世纪最重要的商用轻质金属结构材料之一。但是到目前为止，镁合金的应用规模远未达到预期，一个主要的限制因素就是较低的强度值。因此，提高镁合金的强度成为镁合金领域的核心问题之一。

在工程应用中，晶粒大小是影响金属材料力学性能的重要因素。随着晶粒尺寸的减小，大量晶界的出现限制或钉扎了位错的运动，借此提高了材料的强度，可由著名的Hall-Petch公式(

)来描述。因此，通过细晶化提高镁合金强度是有效的手段之一。

目前，微纳米金属材料的制备工艺主要包括：（1）惰性气体冷凝法：将材料在惰性气体气氛下蒸发，蒸发出的金属原子与惰性气体碰撞后动能降低，通过热对流输运到液氮冷却的旋转冷底板的表面，形成疏松粉末。收集后的粉末在高真空下冷压制成块体材料。（2）机械球磨法：通过磨球与料罐之间的碰撞，使粉末发生塑性变形、加工硬化和破碎。粉碎的粉末在随后的球磨过程中发生冷焊合，再次被破碎，合金化并使晶粒不断细化至纳米级。随后将粉末加压成型便可制得纳米块体材料。（3）非晶晶化法：将非晶材料作为前驱材料，经过适当热处理，使其转变成纳米尺度的多晶材料材料。（4）电解沉积法：通过在阴\阳极之间施加电压(直流、脉冲)，沉积纳米量级的金属。上述方法工艺简单，对设备要求不高，生产效率较高，适用材料范围广，经济性好，比较适合于科学研究，但是其产物尺寸较小，均以薄膜形式存在，难以在工业上获得应用。为了获得块体纳米金属材料，目前多采用剧烈塑性变形法，主要制备手段包括等径角变形(Equal channel Angular Pressing, ECAP)，大比率挤压(挤压比100以上)，旋压法(Torsion Straining)，循环挤压法(Cyclic Extrusion, CEC)等。上述方法均可以制备出块体材料，但对设备要求较高，制备的材料均匀性较差，晶粒分布不均匀且多属于微米尺度范围，同时易于在材料中引入织构，降低了材料了应用价值。因此，必须改进和开发新的超细晶结构材料的制备技术。

三发明内容

本发明在于提供一种镁合金多面循环轧制方法，使轧制得到的镁合金晶粒更细小、强度和延伸率更高，实现了镁合金的组织细化和力学性能的改善。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种镁合金多面循环轧制方法，包含以下步骤：

第一步：采用线切割切取方形横截面的镁合金板材；

第二步：采用二辊轧机对合金进行第一次轧制；

第三步：将第一次轧制后的板材绕轧制轴方向顺时针旋转90°，对合金进行第二次轧制，再将第二次轧制后的板材绕轧制轴方向顺时针旋转90°，对合金进行第三次轧制，如此构成一个轧制循环，轧制工艺完成；或者，将第一次轧制后的板材继续进行多道次轧制后，绕轧制轴方向顺时针旋转90°，再对板材继续进行多道次轧制，轧制工艺完成。

通过循环轧制，可以得到比较均匀的等轴组织，晶粒尺寸得到进一步细化，同时织构强度明显弱化。循环轧制得到的AZ31合金晶粒平均尺寸为7μm，力学性能可达到延伸率13%，屈服强度330MPa，抗拉强度360MPa。

本发明与现有技术相比的有益效果：

（1）具有优良性能。本发明利用孪生极性，在不同作用面的压力作用下最大限度的激发孪晶，引入了孪晶界面强化，极大提高了镁合金的屈服强度，而保持了足够的塑性；通过不同方向的轧制，弱化了变形织构。

（2）制备方法简单。本发明利用传统的轧制技术，只需改进工艺条件，控制适当的温度和轧制道次即可获得高强高塑镁合金；工艺简单，对设备要求不高，易于工业化生产。

四附图说明

图1 循环轧制方法示意图；

图2 循环轧制镁合金微观组织；

图3循环轧制镁合金力学曲线（一）

图4循环轧制镁合金力学曲线（二）

五具体实施方式

一种镁合金多面循环轧制方法，包括两种方案，具体如下：

方案一：

第一步：采用线切割切取方块界面的AZ31镁合金板材，板材尺寸长约25-35mm，横截面尺寸约10-15mm×10-15mm；

第二步：采用二辊轧机对合金进行第一次轧制，其中，轧辊温度设定为室温，板材预先进行加热保温，出炉温度设定在300-450℃；下压量为板材厚度的10%-15%；

第三步：将试样绕轧制轴方向顺时针旋转90°，对合金进行第二次轧制，其中，轧辊温度设定为室温，轧制温度设定了300-450℃；下压量为棒材厚度的10%-15%；

第二步与第三步构成一个轧制循环，完成轧制循环数设定为15-20，轧制工艺完成。

方案二：

第二步：采用二辊轧机对合金进行第一次轧制，其中，轧辊温度设定为室温，板材预先进行加热保温，出炉温度设定在300-450℃；下压量为总长度的10%-15%；

第三步：继续对同一轧制面连续进行5-10道次的轧制，每次下压量依旧为总长度的10%-15%，随后将该样品绕轧制方向旋转90°后，对合金在新的轧制面上进行另外5—10道次的轧制。

下面结合附图和实施例对本发明的制备方法进行详细说明。

实施例1

1、采用线切割切取方块横截面的AZ31镁合金板材，板材尺寸长25mm，横截面尺寸为10mm×10mm，并对合金进行坐标标定；

2、采用二辊轧机对合金进行第一次轧制，下压量为1mm，其中，轧辊温度设定为室温，轧制棒材温度设定为300℃；

3、以上一道次的轧制方向为轴，将试样顺时针旋转90°后，对合金进行第二次轧制，下压量相同，其中，轧辊温度设定为室温，轧制棒材温度设定为300℃；

第二步与第三步构成一个轧制循环，完成轧制循环数设定为15道次，轧制工艺完成。

光学显微镜观察表明镁合金材料内部存在大量的孪晶片，且两套孪晶束相互正交，晶粒大小约为7μm，力学性能可达到延伸率12%，屈服强度320MPa，抗拉强度360MPa。

实施例2

1、采用线切割切取方块横截面的AZ31镁合金板材，板材尺寸长30mm，横截面尺寸为12mm×12mm，并对合金进行坐标标定；

2、采用二辊轧机对合金进行第一次轧制，下压量约为1.2mm，其中，轧辊温度设定为室温，轧制棒材温度设定为350℃；

3、以上一道次的轧制方向为轴，将试样顺时针旋转90°后，对合金进行第二次轧制，下压量相同，其中，轧辊温度设定为室温，轧制棒材温度设定为350℃；

第二步与第三步构成一个轧制循环，完成轧制循环数设定为18道次，轧制工艺完成。

光学显微镜观察表明镁合金材料内部仍存在大量的孪晶片，且两套孪晶束相互正交，晶粒大小约为7μm（如图2所示），力学性能可达到延伸率13%，屈服强度330MPa，抗拉强度360MPa（如图3所示）。

实施例3

1、采用线切割切取方块横截面的AZ31镁合金板材，板材尺寸长35mm，横截面尺寸为15mm×15mm，并对合金进行坐标标定；

2、采用二辊轧机对合金进行第一次轧制，下压量为1.5mm，其中，轧辊温度设定为室温，轧制棒材温度设定为450℃；

3、以上一道次的轧制方向为轴，将试样顺时针旋转90°后，对合金进行第二次轧制，下压量相同，其中，轧辊温度设定为室温，轧制棒材温度设定为450℃；

第二步与第三步构成一个轧制循环，完成轧制循环数设定为20道次，轧制工艺完成。

光学显微镜观察表明镁合金材料内部仍存在大量的孪晶片，且两套孪晶束相互正交，晶粒大小约为7μm，力学性能可达到延伸率13%，屈服强度330MPa，抗拉强度360MPa。

实施例4

1、仍采用线切割切取方块横截面的AZ31镁合金板材，板材尺寸长25mm，横截面尺寸为10mm×10mm，并对合金进行坐标标定；

2、对同一轧制面连续进行5道次的轧制，每次下压量为1mm，随后将该样品绕轧制方向旋转90°后，对合金在新的轧制面上进行另外5道次的轧制；其中，轧辊温度设定为室温，轧制棒材温度设定为300℃；。

该工艺条件下同样可制备出孪晶强化的镁合金块体材料，晶粒细化至8μm，力学性能可达到延伸率12%，屈服强度320MPa，抗拉强度340MPa（如图4所示）。

实施例5

1.仍采用线切割切取方块横截面的AZ31镁合金板材，板材尺寸长30mm，横截面尺寸为12mm×12mm，并对合金进行坐标标定；

2.对同一轧制面连续进行8道次的轧制，每次下压量为1.2mm，随后将该

样品绕轧制方向旋转90°后，对合金在新的轧制面上进行另外8道次的轧制；其中，轧辊温度设定为室温，轧制棒材温度设定为350℃；

该工艺条件下同样可制备出孪晶强化的镁合金块体材料，晶粒细化至8μm，力学性能可达到延伸率12%，屈服强度320MPa，抗拉强度350MPa。

实施例6

1、仍采用线切割切取方块横截面的AZ31镁合金板材，板材尺寸长35mm，横截面尺寸为15mm×15mm，并对合金进行坐标标定；

2、对同一轧制面连续进行10道次的轧制，每次下压量为1.5mm，随后将该样品绕轧制方向旋转90°后，对合金在新的轧制面上进行另外10道次的轧制；其中，轧辊温度设定为室温，轧制棒材温度设定为450℃；

该工艺条件下同样可制备出孪晶强化的镁合金块体材料，晶粒细化至8μm，力学性能可达到延伸率11%，屈服强度320MPa，抗拉强度350MPa。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属于本发明的涵盖范围。

Claims

1. 一种镁合金多面循环轧制方法，其特征是：包含以下步骤：

第一步：采用线切割切取方形横截面的镁合金板材；

第二步：采用二辊轧机对合金进行第一次轧制；

2.根据权利要求1所述的镁合金多面循环轧制方法，其特征是：第一步中切割的镁合金板材尺寸长约25-35mm，横截面尺寸约10-15mm×10-15mm。

3. 根据权利要求1所述的镁合金多面循环轧制方法，其特征是：轧辊温度设定为室温；板材预先进行加热保温，出炉温度设定在300-450℃。

4. 根据权利要求1所述的镁合金多面循环轧制方法，其特征是：所述轧制下压量为板材厚度的10%-15%。

5. 根据权利要求1所述的镁合金多面循环轧制方法，其特征是：第三步中将第一次轧制后的板材绕轧制轴方向顺时针旋转90°，对合金进行第二次轧制，再将第二次轧制后的板材绕轧制轴方向顺时针旋转90°，对合金进行第三次轧制，如此构成一个轧制循环，轧制工艺完成，其中轧制循环数为15-20道次。

6. 根据权利要求1所述的镁合金多面循环轧制方法，其特征是：第三步中将第一次轧制后的板材继续进行多道次轧制后，绕轧制轴方向顺时针旋转90°，再对板材继续进行多道次轧制，轧制工艺完成，其中多道次轧制次数为5-10道次。

7. 根据权利要求1所述的镁合金多面循环轧制方法，其特征是：所述镁合金板材为AZ31镁合金板材。