CN103658173B - 一种基于管坯轧制不同性能镁合金板材的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于镁合金材料加工技术领域，具体涉及一种利用管坯轧制不同性能镁合金板材的方法。本发明包括镁合金原始铸坯的制备、预变形、管坯、粗加工坯、轧制、成品六个工序阶段，粗加工坯是在预变形后的管坯中采用机械加工这种方式来完成。本发明解决镁合金板材在轧制过程中变形困难、产品成材率低、工艺流程长、应用前景受到局限等的问题。
Description
技术领域
本发明属于镁合金材料加工技术领域，具体涉及一种利用挤压管坯轧制不同性能镁合金板材的方法。
背景技术
镁合金以其密度低、比强度高、电磁屏蔽效果佳、阻尼减震性能好等优点在汽车、航天及军事等领域都具有广阔的应用前景。
由于镁为密排六方结构，晶体对称性较低，镁合金铸锭在板材轧制过程中，由于滑移或孪生使晶粒的转动而形成强烈的“基面平行于轧制板面”的织构，使合金的各向异性明显，因而导致镁合金在轧制过程中塑性较差，最终导致镁合金板材在不同方向的宏观力学性能差异较大。
值得注意的是，镁合金塑性加工过程中所产生的强烈基面织构对镁合金塑形加工能力和镁合金不同方向上的性能都会产生非常显著的影响。采用镁合金铸锭直接进行轧制时塑形较差的原因是随着轧制过程的进行合金基面织构越来越强，这时的柱面和棱柱面虽然也能参与变形，但随着变形量的增加柱面和棱柱面的贡献却并未成正比例的增加，从而导致道次之间变形程度小和轧制过程容易出现开裂等问题，成材率低，轧制板材性能较差，且品种单一而难以满足镁合金的市场需求。
目前，通过利用镁合金挤压变形后得到的“预变形管坯”中沿其径向、圆周方向“初始织构”的不同，来调控并制备出不同性能的镁合金板材的技术尚未见有人提出。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过利用挤压管坯中不同强度、不同类型的初始织构，轧制出不同性能镁合金板材的制备方法，着重解决了镁合金板材在轧制过程中变形困难、塑性差、产品成材率低、产品应用范围受到局限等问题。
技术解决方案：
一种利用挤压管坯轧制不同性能镁合金板材，以Mg为基体，再添加合金元素、微量合金元素，其质量百分比为，Al质量分数为0-13%，Zn质量分数为0-6%，Ca质量分数为0-6%，Mn质量分数为0-2%，Zr质量分数为0-6%，Li质量分数为0-15%，RE质量分数为0-6%，其余为杂质。
一种利用挤压管坯轧制不同性能镁合金板材的制备方法，包括镁合金原始铸坯的制备、预变形、管坯、粗加工坯、轧制、成品六个工序阶段，其特征在于，粗加工坯是在预变形后的管坯中采用机械加工这种方式来完成。
进一步：预变形采用挤压变形方式得到挤压管坯。
进一步：所述挤压管坯的内径R1范围为5mm-250mm，管坯外径R2范围为10mm-1000mm，壁厚范围为2.5～500mm，挤压管坯高度h范围为5mm-5000mm。
进一步：粗加工坯为六方体形状，长为a、宽为b、高为c，且c>b>a。
进一步：六方体粗加工坯沿管坯径向取样，步骤如下：粗加工坯的c边要在挤压方向与径向之间所形成的0～90°范围内变化取样，再机械加工出六方体形状的粗加工坯。
进一步：六方体粗加工坯沿管坯圆周方向取样步骤如下：粗加工坯的c边要沿着圆周方向与挤压方向之间所形成的0～90°范围内变化取样，再机械加工出六方体形状的粗加工坯。
优点及功能特点：
1、本发明采用由“挤压管坯（如附图1和图2）”加工而成的六方体形状“粗加工坯（如附图3）”后再进行热轧，由于热挤压变形在使镁合金组织均匀的同时还能改变合金内部多数晶粒的取向，故形成了强的基面织构，但在轧制初期轧制力的作用下，由于基面滑移和锥面的孪生均不能发生作用，这样在轧制初期基面织构强度就会有所减弱，这对后续轧制过程非常有利。
2、本发明沿平行于管坯挤压方向分别在径向（如附图4和图5）和圆周方向（如附图6和图7）的0～90°范围内取样并加工出六方体形状的“粗加工坯（如附图3）”，这样就使得“预挤压坯”具有不同方向的“初始取向”，利用这种不同方向的“初始取向”可以轧制出不同性能的镁合金板材。
本发明利用挤压管坯内、外壁受力均匀，基面织构平行于挤压方向并沿圆周方向均匀分布于管坯各个部分的特点，如果改变粗加工坯的取样的角度就相当于改变了轧制的原料（粗加工坯）中的初始织构，进而可以调控轧制出不同性能的镁合金板材；当沿平行于挤压方向取样、轧制时，初始挤压织构基面方向平行于轧制方向，可形成强烈的基面织构，随轧制的不断进行该基面织构会更加强烈，此方法可制备出强度较高的镁合金板材；当沿垂直于挤压方向取样、轧制时，初始挤压织构基面方向垂直于轧制方向，轧制过程中初始织构逐渐偏转至平行于基面的方向，此方法用于制备出塑性较高的镁合金薄板。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中
图1为本发明经过挤压预变形后挤压管坯的主视图；
图2为图1的俯视图；
图3为本发明六方体形状的粗加工坯示意图；
图4为本发明沿挤压管坯“径向”加工出轧制用镁合金板材粗加工坯的主视图；
图5为图4中的粗加工坯机械加工取样过程中α角在0～90○范围示意图；
图6为本发明沿挤压管坯“圆周方向”机械加工出轧制用的镁合金板材粗加工坯的主视图；
图7为图6中的粗加工坯在机械加工取样过程中β角在0～90°范围示意图；
图8为实施例1轧制方向与取样坯料的挤压方向平行时的轧制过程的示意图；
图9为实施例2轧制方向与取样坯料的挤压方向垂直时的轧制过程的示意图。
具体实施方式
发明针对变形镁合金，以Mg为基体，再添加合金元素、微量合金元素，其中Al质量分数为0-13%，Zn质量分数为0-6%，Ca质量分数为0-6%，Mn质量分数为0-2%，Zr质量分数为0-6%，Li质量分数为0-15%，RE质量分数为0-6%，其余为杂质。
镁合金的“材料制备”工序环节通过现有技术中的铸造、粉末冶金、电磁搅拌和喷射沉积（成形）技术分别制备出铸坯、烧结坯或沉积坯，然后通过挤压变形方法进行“预变形”，得到挤压管坯（图1、图2中1所示），再从挤压管坯中取样，机械加工出六方体形状的“粗加工坯（图3中2所示）”，最终进行图8或图9所示的轧制变形。
实施例1：
高强度Mg-9Al-3Zn-0.2Nd镁合金轧制板材的制备工艺：采用铸造方法制备镁合金，从挤压管坯中加工出“粗加工坯（图4、图5中2所示）”而后沿平行于挤压方向进行轧制（图8所示）。对铸坯进行轧制前均匀化处理，温度为350℃，保温时间30min。轧制温度为250～400℃，变形速率0.5～1.5s-1，轧制过程道次压下量10～20%之间。轧制后镁合金板材组织均匀，室温拉伸强度为285MPa，屈服强度为203MPa，延伸率为21%。
实施例2：
高塑性Mg-3Al-1Zn-0.2Nd镁合金轧制板材的制备工艺：采用铸造方法制备镁合金，从挤压管坯中加工出“粗加工坯（图6、图7中2所示）”而后沿垂直于挤压方向进行轧制（图9所示）。对铸坯进行轧制前均匀化处理，温度为350℃，保温时间30min。轧制温度为250～400℃，变形速率0.5～1.5s-1，轧制过程道次压下量10～30%之间。轧制后镁合金板材组织均匀，室温拉伸强度为185MPa，屈服强度为145MPa，延伸率为35%。
Claims (3)
1.一种基于管坯轧制不同性能镁合金板材的方法，包括镁合金原始铸坯的制备、预变形、管坯、粗加工坯、轧制、成品六个工序阶段，其特征在于，粗加工坯是在预变形后的管坯中采用机械加工这种方式来完成，粗加工坯为六方体形状，长为a、宽为b、高为c，且c>b>a；粗加工坯的c边要沿着圆周方向与挤压方向之间所形成的0～90°范围内变化取样，再机械加工出六方体形状的粗加工坯，或者粗加工坯的c边要在挤压方向与径向之间所形成的0～90°范围内变化取样，再机械加工出六方体形状的粗加工坯。
2.根据权利要求1所述一种基于管坯轧制不同性能镁合金板材的方法，其特征在于，预变形采用挤压变形方式来得到挤压管坯。
3.根据权利要求2所述一种基于管坯轧制不同性能镁合金板材的方法，其特征在于，所述挤压管坯的内径R1范围为5mm-250mm，管坯外径R2范围为10mm-1000mm，壁厚范围为2.5～500mm，挤压管坯高度h范围为5mm-5000mm。
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